Poboljšani geotermalni sustav koristi tehnologiju nafte i plina za rudarenje energije s niskim udjelom ugljika. 2. dio.

Ministarstvo energetike SAD-a (DOE) financiralo je projekt pod nazivom FORGE gdje će se vruća granitna stijena bušiti i frakirati korištenjem najbolje tehnologije nafte i plina. Opći cilj je vidjeti može li se voda ispumpana u jednu bušotinu kružiti kroz granit i zagrijati prije nego što se pumpa u drugu bušotinu za pogon turbina koje proizvode električnu energiju.

John McLennan, Odjel za kemijsko inženjerstvo, Sveučilište Utah, glavni je istraživač za ovaj DOE projekt. Webinar prezentaciju na ovu temu sponzorirao je NSI 6. travnja 2022.: Frontier Opservatorij za istraživanje geotermalne energije (FORGE): ažuriranje i pogled naprijed

Prvi dio bavio se ovim pitanjima za Johna McLennana:

Q1. Možete li dati kratku povijest geotermalne energije?

Q2. Što su poboljšani geotermalni sustavi i gdje se primjenjuje fracking?

Q3. Recite nam o mjestu projekta FORGE u Utahu i zašto je odabrano.

Ovaj tekst je 2. dio, koji se bavi tri dodatna pitanja u nastavku:

Q4. Koji je osnovni dizajn injekcione i proizvodne bušotine?

Do danas je izbušeno šest bušotina. Pet od ovih bušotina su vertikalno izbušene kontrolne bušotine, što je u skladu sa strategijom da bude terenski laboratorij. Optički kabeli i geofoni u bušotinama za praćenje mogu mapirati kronološki rast hidrauličkih pukotina koji međusobno povezuju injekcionu bušotinu koja je izbušena i nadolazeću proizvodnu bušotinu.

Injekciona bušotina je izbušena do izmjerene dubine od 10,987 ft (prava vertikalna dubina od 8520 ft± ispod razine tla). To je podrazumijevalo okomito bušenje, a zatim izgradnju zakrivljenog dijela na 5°/100 ft izbušenog, i konačno održavanje bočnog na 65° u odnosu na vertikalu, oko 4,300 stopa u azimutu južno od istoka (N105E). Ovaj smjer pogoduje da naknadni hidraulički lomovi budu ortogonalni u odnosu na bušotinu.

Nakon bušenja, sve osim najdonjih 200 stopa bušotine obložene su kućištem (obočište većeg promjera od 7 inča korišteno je za pomicanje značajnih količina vode uz ograničeno trenje i parazitske crpne gubitke) i cementirano na površinu (kako bi se hidraulički izolirao prstenasti prostor) .

Q5. Možete li sažeti tri tretmana loma u injektnoj bušotini i njihove rezultate?

U travnju 2022. ispumpane su tri hidrauličke frakture u blizini donjih ekstremiteta (prst) injektne bušotine. Geofoni u tri bušotine, površinska instrumentacija i senzori optičkih vlakana u bušotini pružaju pogled na razvojnu geometriju loma tijekom crpljenja. Na temelju interpretacije ovih geometrija loma, proizvodna bušotina će se zatim izbušiti kako bi se presijecali ti oblaci mikroseizmičnosti.

Uzastopno su pumpana tri stupnja prijeloma. Prvi je ciljao cijelu dužinu otvorene bušotine (donjih 200 stopa koji nisu bili obloženi). Taj tretman je bio slickwater (voda sa smanjenim trenjem). 4,261 bbl (~179,000 gal) ispumpano je brzinom do 50 bpm (2100 gpm). Nakon kratkog zatvaranja, bušotina je vraćena na temperature od oko 220°F.

Sljedeća faza uključivala je pumpanje glatke vode brzinom do 35 bpm kroz 20 stopa dugačak dio omotača koji je bio perforiran sa 120 oblikovanih punjenja kako bi se omogućio pristup formaciji kroz kućište i cementni omotač. Ispumpano je 2,777 bbl vode; a onda je bunar potekao natrag.

Posljednja faza uključivala je 3,016 bbl umrežene (viskozirane) tekućine pumpane kroz perforirano kućište brzinom do 35 bpm. Mikropropant je pumpan. U budućnosti će se vršiti procjene kako bi se procijenila nužnost i održivost potpornih prijeloma kako bi se osigurala vodljivost nastalih prijeloma.

Preliminarna obrada treće faze sugerira rast pseudo-radijalne frakture, oko bušotine u središtu. Ovo pogoduje razdvajanju između postojećeg injektora i budućeg proizvođača na udaljenosti od 300 stopa. Komercijalni scenarij može zahtijevati veći pomak od ovoga; međutim, ovaj eksperimentalni program prvo treba utvrditi sposobnost međusobnog povezivanja dviju susjednih bušotina s hidrauličkim frakturiranjem.

P6. Kakav je potencijal za komercijalnu primjenu?

U komercijalnom okruženju stvorilo bi se mnoštvo hidrauličnih fraktura za međusobno povezivanje bušotina. U terenskom laboratoriju FORGE, duljina bočne strane bit će posvećena testiranju novih tehnologija. To uključuje metode za određivanje karakteristika ležišta, tehnike hidrauličkog frakturiranja i perforiranja, usklađenost – nominalno jednak protok kroz svaki hidraulički lom, te karakteristike cirkulacije kroz te mreže loma i brzinu kojom se doživljava toplinsko iscrpljivanje. Ugovori o istraživanju prepuštaju se drugim stranama (sveučilištima, nacionalnim laboratorijima, industrijskim subjektima) da razviju ove tehnologije i testiraju ih u FORGE-u.

U komercijalnom EGS okruženju, hladna voda bi se ubrizgavala i prolazila kroz niz hidraulički stvorenih fraktura, dobivajući toplinu u procesu. Topla voda bi se proizvodila na površinu kroz proizvodni bunar. Na površini bi se implementirala standardna geotermalna tehnologija za proizvodnju električne energije (postrojenje s organskim Rankineovim ciklusom (ORC), korištenjem sekundarne organske radne tekućine koja se pretvara u paru za pogon turbine/generatora; ili izravno bljeskanje u paru). Proizvedena voda, nakon odvođenja topline, vraća se u cirkulaciju.

Stranica FORGE neće biti proizvođač električne energije. Namijenjen je za testiranje i razvoj tehnologija koje će promicati komercijalizaciju ove vrste geotermalne energije. Uspjeh se usredotočuje na razvoj tehnologije. Već je postignut značajan napredak promicanjem primjene polikristalnih dijamantnih kompaktnih bitova (PDC) koji omogućuju dramatično povećanje stopa penetracije. Protokoli evaluacije podzemnih mjerenja i obuka cjelokupnog osoblja na gradilištu poboljšali su ekonomičnost bušenja ovog geotermalnog projekta.

Čini se da se hidrauličko frakturiranje može učinkovito provesti – ali pravi test leži u učinkovitosti cirkulacije i povratu topline nakon bušenja proizvodne bušotine.

EGS uspjeh ovdje može se primijeniti i drugdje. Razmislite o korištenju hidrauličkog frakturiranja za hibridne EGS aplikacije gdje su konvencionalne primjene naišle na geotermalni ekvivalent suhe rupe – prirodni lomovi nisu naišli tijekom bušenja, ali bi se mogli presjeći frakturiranjem.

Uspjeh u FORGE-u znači testiranje tehnologija koje se inače ne bi razmatrale, prenošenje održivih tehnologija privatnoj industriji i poticanje geotermalnog razvoja u cjelini.