Ένα βελτιωμένο γεωθερμικό σύστημα χρησιμοποιεί τεχνολογία πετρελαίου και φυσικού αερίου για την εξόρυξη ενέργειας με χαμηλές εκπομπές άνθρακα. Μέρος 2ο.

Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) έχει χρηματοδοτήσει ένα έργο που ονομάζεται FORGE όπου θα διατρηθούν και θα τεμαχιστούν θερμοί βράχοι από γρανίτη χρησιμοποιώντας την καλύτερη τεχνολογία πετρελαίου και φυσικού αερίου. Ένας γενικός στόχος είναι να δούμε εάν το νερό που αντλείται από ένα πηγάδι μπορεί να κυκλοφορήσει μέσω του γρανίτη και να θερμανθεί πριν αντληθεί ένα δεύτερο πηγάδι για να κινηθούν οι τουρμπίνες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.

Ο John McLennan, Τμήμα Χημικής Μηχανικής, Πανεπιστήμιο της Γιούτα, είναι ο συν-κύριος ερευνητής για αυτό το έργο DOE. Μια παρουσίαση διαδικτυακού σεμιναρίου για αυτό το θέμα χρηματοδοτήθηκε από την NSI στις 6 Απριλίου 2022: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): An Update and Lookahead

Το Μέρος 1 εξέτασε αυτές τις ερωτήσεις στον John McLennan:

Q1. Μπορείτε να δώσετε μια σύντομη ιστορία της γεωθερμικής ενέργειας;

Ε2. Τι είναι τα ενισχυμένα γεωθερμικά συστήματα και πού εφαρμόζεται το fracking;

Ε3. Μιλήστε μας για την τοποθεσία του έργου FORGE στη Γιούτα και γιατί επιλέχθηκε.

Αυτή η σύνταξη είναι το Μέρος 2, το οποίο εξετάζει τρεις επιπλέον ερωτήσεις παρακάτω:

Q4. Ποιος είναι ο βασικός σχεδιασμός των φρεατίων έγχυσης και παραγωγής;

Έξι πηγάδια έχουν γίνει μέχρι σήμερα. Πέντε από αυτά τα πηγάδια είναι φρεάτια παρακολούθησης με κάθετη διάνοιξη, κάτι που συνάδει με τη στρατηγική του να είναι ένα εργαστήριο πεδίου. Τα καλώδια οπτικών ινών και τα γεώφωνα στα φρεάτια παρακολούθησης μπορούν να χαρτογραφήσουν τη χρονολογική ανάπτυξη των υδραυλικών καταγμάτων που διασυνδέουν ένα φρεάτιο έγχυσης, το οποίο έχει διανοιχτεί, και ένα επερχόμενο πηγάδι παραγωγής.

Το φρεάτιο έγχυσης διανοίχτηκε σε ένα μετρημένο βάθος 10,987 ποδιών (πραγματικό κατακόρυφο βάθος 8520 ft± κάτω από το επίπεδο του εδάφους). Αυτό συνεπαγόταν διάτρηση κατακόρυφα και στη συνέχεια κατασκευή καμπυλωμένου τμήματος στα 5°/100 πόδια διάτρητο, και τελικά διατήρηση ενός πλευρικού στις 65° προς την κατακόρυφο, για περίπου 4,300 πόδια σε ένα αζιμούθιο ακριβώς νότια της ανατολής (N105E). Αυτή η κατεύθυνση ευνοεί τα επακόλουθα υδραυλικά ρήγματα να είναι ορθογώνια προς το φρεάτιο.

Μετά τη γεώτρηση, όλα εκτός από το κατώτατο σημείο των 200 ποδιών του πηγαδιού καλύφθηκαν (περίβλημα μεγαλύτερης διαμέτρου 7 ιντσών χρησιμοποιήθηκε για τη μετακίνηση σημαντικών ποσοτήτων νερού με περιορισμένες απώλειες τριβής και παρασιτικής άντλησης) και τσιμεντώθηκε στην επιφάνεια (για υδραυλική απομόνωση του δακτυλιοειδούς χώρου) .

Q5. Θα μπορούσατε να συνοψίσετε τις τρεις θεραπείες frac στην έγχυση και τα αποτελέσματά τους;

Τον Απρίλιο του 2022 αντλήθηκαν τρία υδραυλικά κατάγματα κοντά στα κάτω άκρα (το δάχτυλο του ποδιού) του φρεατίου έγχυσης. Γεωφώνια σε τρία φρεάτια, όργανα επιφανείας και αισθητήρες οπτικών ινών κάτω οπών παρέχουν μια άποψη των εξελισσόμενων γεωμετριών θραύσης κατά την άντληση. Με βάση την ερμηνεία αυτών των γεωμετριών θραύσης, το πηγάδι παραγωγής στη συνέχεια θα διανοιχτεί για να διασταυρώσει αυτά τα σύννεφα μικροσεισμικότητας.

Τρία στάδια κατάγματος αντλήθηκαν διαδοχικά. Το πρώτο στόχευε σε όλο το μήκος της ανοιχτής τρύπας του πηγαδιού (τα χαμηλότερα 200 πόδια που δεν είχαν καλυφθεί). Αυτή η επεξεργασία ήταν ολισθηρό νερό (νερό με μειωμένη τριβή). 4,261 bbl (~179,000 gal) αντλήθηκαν με ρυθμούς έως 50 bpm (2100 gpm). Μετά από σύντομο κλείσιμο, το φρεάτιο ρέει πίσω σε θερμοκρασίες περίπου 220°F.

Το επόμενο στάδιο περιελάμβανε την άντληση ολικού νερού με ρυθμούς έως και 35 bpm μέσω ενός μήκους τμήματος περιβλήματος μήκους 20 ποδιών που είχε διατρυπηθεί με 120 διαμορφωμένα φορτία για να παρέχει πρόσβαση στον σχηματισμό μέσω του περιβλήματος και του τσιμεντένιου περιβλήματος. Αντλήθηκαν 2,777 βαρέλια γυαλιού νερού. και μετά το πηγάδι έτρεξε πίσω.

Το τελικό στάδιο περιελάμβανε 3,016 bbl εγκάρσια συνδεδεμένου (ιξωδοποιημένου) ρευστού που αντλήθηκαν μέσω διάτρητου περιβλήματος με ρυθμούς έως και 35 bpm. Το μικροπροπάντης αντλήθηκε. Στο μέλλον, θα γίνουν αξιολογήσεις για την αξιολόγηση της αναγκαιότητας και της βιωσιμότητας των καταγμάτων στήριξης για να εξασφαλιστεί η αγωγιμότητα των δημιουργούμενων καταγμάτων.

Η προκαταρκτική επεξεργασία του τρίτου σταδίου υποδηλώνει ανάπτυξη ψευδο-ακτινικού κατάγματος, γύρω από το φρεάτιο στο κέντρο. Αυτό ευνοεί τον διαχωρισμό μεταξύ του υπάρχοντος εγχυτήρα και του μελλοντικού παραγωγού της τάξης των 300 ποδιών. Ένα εμπορικό σενάριο μπορεί να απαιτεί μεγαλύτερη αντιστάθμιση από αυτό. Ωστόσο, αυτό το πειραματικό πρόγραμμα πρέπει πρώτα να δημιουργήσει τη δυνατότητα διασύνδεσης δύο γειτονικών φρεατίων με υδραυλική ρωγμή.

Ε6. Ποιες είναι οι δυνατότητες για εμπορική εφαρμογή;

Σε ένα εμπορικό περιβάλλον, θα δημιουργηθεί ένα πλήθος υδραυλικών ρωγμών για τη διασύνδεση των φρεατίων. Στο εργαστήριο πεδίου FORGE, το μήκος του πλευρικού θα αφιερωθεί στη δοκιμή νέων τεχνολογιών. Αυτές περιλαμβάνουν μεθόδους για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του ταμιευτήρα, τεχνικές υδραυλικής ρωγμής και διάτρησης, συμμόρφωση – ονομαστικά ίση ροή μέσω κάθε υδραυλικής θραύσης και τα χαρακτηριστικά κυκλοφορίας μέσω αυτών των δικτύων θραύσης και τον ρυθμό με τον οποίο παρατηρείται θερμική εξάντληση. Οι ερευνητικές συμβάσεις εκχωρούνται σε άλλα μέρη (πανεπιστήμια, εθνικά εργαστήρια, βιομηχανικές οντότητες) για να αναπτύξουν αυτές τις τεχνολογίες και να τις δοκιμάσουν στο FORGE.

Σε μια εμπορική ρύθμιση EGS, το κρύο νερό θα εγχύεται και θα περνά μέσα από τη σειρά των υδραυλικά δημιουργημένων καταγμάτων, αποκτώντας θερμότητα στη διαδικασία. Το ζεστό νερό θα παράγεται για να βγει στην επιφάνεια μέσω του φρεατίου παραγωγής. Στην επιφάνεια, η τυπική γεωθερμική τεχνολογία θα εφαρμοστεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (ένα εργοστάσιο οργανικού κύκλου Rankine (ORC), που χρησιμοποιεί ένα δευτερεύον οργανικό ρευστό εργασίας που μετατρέπεται σε ατμό για να οδηγήσει έναν στρόβιλο/γεννήτρια ή, απευθείας αναβοσβήνει στον ατμό). Το παραγόμενο νερό, αφού αφαιρεθεί η θερμότητα, ανακυκλώνεται.

Η τοποθεσία FORGE δεν θα είναι παραγωγός ενέργειας. Προορίζεται να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή και την ανάπτυξη τεχνολογιών που θα προωθήσουν την εμπορευματοποίηση αυτού του τύπου γεωθερμικής ενέργειας. Η επιτυχία επικεντρώνεται γύρω από την ανάπτυξη τεχνολογίας. Ήδη, έχουν γίνει σημαντικές πρόοδοι με την προώθηση της εφαρμογής συμπαγών κομματιών πολυκρυσταλλικών διαμαντιών (PDC) που επιτρέπουν δραματικές αυξήσεις στους ρυθμούς διείσδυσης. Τα πρωτόκολλα αξιολόγησης των μετρήσεων υπόγειας επιφάνειας και η εκπαίδευση όλου του προσωπικού του εργοταξίου έχουν βελτιώσει την οικονομία γεώτρησης αυτού του γεωθερμικού έργου.

Φαίνεται ότι η υδραυλική ρωγμή μπορεί να πραγματοποιηθεί αποτελεσματικά - αλλά η πραγματική δοκιμή έγκειται στην απόδοση της κυκλοφορίας και στην ανάκτηση θερμότητας μετά τη διάνοιξη του φρεατίου παραγωγής.

Η επιτυχία του EGS εδώ μπορεί να εφαρμοστεί αλλού. Εξετάστε το ενδεχόμενο χρήσης υδραυλικής ρωγμής για εφαρμογές υβριδικού EGS όπου οι συμβατικές εφαρμογές έχουν συναντήσει το γεωθερμικό ισοδύναμο μιας ξηρής τρύπας - φυσικά ρήγματα δεν συναντήθηκαν κατά τη διάτρηση, αλλά θα μπορούσαν να διασταυρωθούν με θραύση.

Επιτυχία στο FORGE σημαίνει δοκιμή τεχνολογιών που διαφορετικά δεν θα λαμβάνονταν υπόψη, μεταβίβαση βιώσιμων τεχνολογιών στην ιδιωτική βιομηχανία και ενθάρρυνση της γεωθερμικής ανάπτυξης συνολικά.