Tehostettu geoterminen järjestelmä käyttää öljy- ja kaasuteknologiaa vähähiilisen energian louhimiseen. Osa 2.

Yhdysvaltain energiaministeriö (DOE) on rahoittanut FORGE-nimistä projektia, jossa kuumaa graniittikiveä porataan ja murskataan käyttämällä parasta öljy- ja kaasuteknologiaa. Yleisenä tavoitteena on nähdä, voidaanko yhteen kaivoon pumpattua vettä kierrättää graniitin läpi ja lämmittää ennen toisen kaivon pumppaamista sähköä tuottavien turbiinien käyttämiseksi.

John McLennan, Utahin yliopiston kemiantekniikan laitos, on tämän DOE-projektin päätutkija. NSI sponsoroi tätä aihetta käsittelevän webinaariesityksen 6. huhtikuuta 2022: Frontier Geotermaalisen energian tutkimuksen observatorio (FORGE): päivitys ja tulevaisuus

Osa 1 käsitteli näitä kysymyksiä John McLennanille:

Q1. Voitko kertoa lyhyen historian geotermisestä energiasta?

Q2. Mitä parannetut geotermiset järjestelmät ovat ja missä murskausta käytetään?

Q3. Kerro meille FORGE-projektin paikasta Utahissa ja miksi se valittiin.

Tämä kirjoitus on osa 2, jossa käsitellään kolmea lisäkysymystä alla:

Q4. Mikä on ruiskutus- ja tuotantokaivojen perusrakenne?

Tähän mennessä on porattu kuusi kaivoa. Viisi näistä kaivoista on pystysuoraan porattuja seurantakaivoja, mikä on yhdenmukainen kenttälaboratorion strategian kanssa. Valvontakaivojen valokaapelit ja geofonit voivat kartoittaa poratun ruiskutuskaivon ja tulevan tuotantokaivon yhdistävien hydraulisten rakojen kronologisen kasvun.

Ruiskutuskaivo porattiin mitattuun syvyyteen 10,987 8520 jalkaa (todellinen pystysyvyys 5 jalkaa ± maanpinnan alapuolella). Tämä sisälsi poraamisen pystysuunnassa ja sitten kaarevan osan rakentamisen 100°/65 jalkaan porattuna ja lopuksi sivusuunnan säilyttämisen 4,300°:ssa pystysuoraan nähden noin 105 XNUMX jalkaa atsimuutissa aivan idän eteläpuolella (NXNUMXE). Tämä suunta suosii myöhempiä hydraulisia rakoja, jotka ovat kohtisuorassa kaivoon nähden.

Kairauksen jälkeen kaikki paitsi alin 200 jalkaa kaivosta suojattiin (halkaisijaltaan suuremmalla 7 tuuman kotelolla siirrettiin merkittäviä vesimääriä rajoitetulla kitkalla ja loispumppaushäviöillä) ja sementoitiin pintaan (renkaan muotoisen tilan eristämiseksi hydraulisesti) .

Q5. Voisitko tehdä yhteenvedon injektiokaivon kolmesta frac-hoidosta ja niiden tuloksista?

Huhtikuussa 2022 pumpattiin kolme hydraulista murtumaa ruiskutuskaivon alaraajojen (varpaan) lähelle. Kolmessa kaivossa olevat geofonit, pinta-instrumentointi ja kuituoptiset anturit antavat näkymän muuttuviin murtumien geometrioihin pumppauksen aikana. Näiden rakogeometrioiden tulkinnan perusteella tuotantokaivo porataan seuraavaksi leikkaamaan nämä mikroseismisyyspilvet.

Kolme murtumavaihetta pumpattiin peräkkäin. Ensimmäinen kohdistui kaivon koko avoimen reiän pituuteen (alempi 200 jalkaa, jota ei ollut koteloitu). Tämä käsittely oli slickwater (kitka-alennettu vesi). 4,261 179,000 bbl (~ 50 2100 gal) pumpattiin nopeudella 220 bpm (XNUMX gpm) asti. Lyhyen sulkeutumisen jälkeen kaivo virtasi takaisin noin XNUMX °F:n lämpötilassa.

Seuraava vaihe sisälsi liukasveden pumppaamisen jopa 35 lyöntiä minuutissa 20 jalkaa pitkän kotelon osan läpi, joka oli rei'itetty 120 muotoisella panoksella pääsyn muodostukseen kotelon ja sementtivaipan läpi. 2,777 XNUMX bbl liukasvettä pumpattiin; ja sitten kaivo virtasi takaisin.

Viimeinen vaihe sisälsi 3,016 35 bbl silloitettua (viskosoitua) nestettä, joka pumpattiin rei'itetyn kotelon läpi nopeudella XNUMX bpm asti. Mikroproppanttia pumpattiin. Jatkossa tehdään arviointeja tukirakojen tarpeellisuuden ja kannattavuuden arvioimiseksi syntyneiden rakojen johtavuuden varmistamiseksi.

Kolmannen vaiheen alustava prosessointi viittaa pseudo-radiaaliseen murtuman kasvuun keskellä olevan kaivon ympärillä. Tämä suosii nykyisen ruiskutussuuttimen ja tulevan tuottajan välistä eroa noin 300 jalkaa. Kaupallinen skenaario saattaa vaatia tätä suurempaa kompensaatiota; tässä kokeellisessa ohjelmassa on kuitenkin ensin selvitettävä kyky yhdistää kaksi vierekkäistä kaivoa hydraulisella murtamisella.

Q6. Mikä on kaupallisen sovelluksen potentiaali?

Kaupallisessa ympäristössä luodaan useita hydraulisia rakoja kaivojen yhdistämiseksi toisiinsa. FORGE-kenttälaboratoriossa lateraalin pituus on omistettu uusien teknologioiden testaamiseen. Näitä ovat menetelmät säiliön ominaisuuksien määrittämiseksi, hydrauliset murtumis- ja rei'itystekniikat, vaatimustenmukaisuus – nimellisesti yhtä suuri virtaus jokaisen hydraulisen raon läpi sekä näiden rakoverkostojen läpi kiertämisen ominaisuudet ja nopeus, jolla lämpöhäviö koetaan. Tutkimussopimukset vuokrataan muille osapuolille (yliopistot, kansalliset laboratoriot, teollisuusyksiköt) näiden teknologioiden kehittämiseksi ja testaamiseksi FORGEssa.

Kaupallisessa EGS-asetuksessa kylmää vettä ruiskutettaisiin ja se kulkisi hydraulisesti muodostettujen murtumien joukon läpi, mikä ottaisi lämpöä prosessissa. Kuuma vesi tuotetaan pintaan tuotantokaivon kautta. Pinnalla toteutettaisiin tavallista geotermistä tekniikkaa sähköntuotantoon (orgaaninen Rankinen kiertolaitos (ORC), jossa käytetään toissijaista orgaanista työnestettä, joka leimataan höyryksi turbiinin/generaattorin käyttämiseksi, tai suora välähdys höyryksi). Tuotettu vesi kierrätetään, kun lämpö on otettu pois.

FORGE-sivusto ei ole sähköntuottaja. Sen avulla on tarkoitus testata ja kehittää teknologioita, jotka edistävät tämän tyyppisen geotermisen energian kaupallistamista. Menestys keskittyy teknologian kehitykseen. Merkittäviä edistysaskeleita on jo saavutettu edistämällä monikiteisten timanttiterästen (PDC) käyttöä, mikä mahdollistaa dramaattisen tunkeutumisnopeuksien lisäämisen. Maanalaisten mittausten arviointiprotokollat ​​ja koko poraustyömaan henkilöstön koulutus ovat parantaneet tämän geotermisen projektin poraustaloudellisuutta.

Näyttää siltä, ​​​​että hydraulinen murtaminen voidaan suorittaa tehokkaasti – mutta todellinen testi on kierron tehokkuus ja lämmön talteenotto tuotantokaivon porauksen jälkeen.

EGS-menestystä voidaan soveltaa muualla. Harkitse hydraulisen murtamisen käyttämistä hybridi-EGS-sovelluksissa, joissa perinteiset sovellukset ovat kohdanneet geotermisen vastineen kuivalle reiällä – luonnollisia murtumia ei havaittu porauksen aikana, mutta murtuminen saattoi kohdata ne.

Menestys FORGEssa tarkoittaa sellaisten teknologioiden testaamista, joita ei muutoin tulisi harkita, elinkelpoisten teknologioiden siirtämistä yksityiselle teollisuudelle ja yleistä geotermisen kehityksen edistämistä.