Poboljšani geotermalni sistem koristi tehnologiju nafte i plina za iskopavanje energije s niskim udjelom ugljika. Dio 2.

Američko ministarstvo energetike (DOE) finansiralo je projekat pod nazivom FORGE u kojem će vruće granitne stijene biti bušene i frakirane korištenjem najbolje tehnologije nafte i plina. Opšti cilj je da se vidi da li voda koja se pumpa niz jedan bunar može cirkulisati kroz granit i zagrejati pre nego što se upumpa drugi bunar za pogon turbina koje proizvode električnu energiju.

John McLennan, Odsjek za hemijsko inženjerstvo, Univerzitet Utah, je glavni istraživač za ovaj DOE projekat. Webinar prezentaciju na ovu temu sponzorirao je NSI 6. aprila 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 istoriju geotermalne energije?

Q2. Šta su poboljšani geotermalni sistemi i gdje se primjenjuje fracking?

Q3. Recite nam o lokaciji projekta FORGE u Utahu i zašto je odabrana.

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

Q4. Koji je osnovni dizajn injekcionih i proizvodnih bunara?

Do danas je izbušeno šest bušotina. Pet od ovih bušotina su vertikalno izbušene kontrolne bušotine, što je u skladu sa strategijom da bude terenska laboratorija. Optički kablovi i geofoni u bušotinama za praćenje mogu mapirati hronološki rast hidrauličnih pukotina povezujući injekcionu bušotinu, koja je izbušena, i nadolazeću proizvodnu bušotinu.

Injekciona bušotina je izbušena do izmjerene dubine od 10,987 stopa (prava vertikalna dubina od 8520 ft± ispod nivoa tla). To je podrazumijevalo vertikalno 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 pravac favorizuje da naknadni hidraulični lomovi budu ortogonalni u odnosu na bušotinu.

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

Q5. Možete li sumirati tri tretmana loma u injekcionoj bušotini i njihove rezultate?

U aprilu 2022. godine ispumpane su tri hidraulične frakture u blizini donjih ekstremiteta (prst) injekcione bušotine. Geofoni u tri bušotine, površinska instrumentacija i optički senzori u bušotini pružaju pogled na evoluciju geometrije pukotina tokom pumpanja. Na osnovu interpretacije ovih geometrija pukotina, proizvodna bušotina će se zatim izbušiti kako bi se presjekli ti oblaci mikroseizmičnosti.

Tri faze prijeloma su uzastopno pumpane. 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) je pumpano brzinom do 50 bpm (2100 gpm). Nakon kratkog zatvaranja, bunar je vraćen na temperaturama od oko 220°F.

Sljedeća faza uključivala je pumpanje 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 omotač i cementni omotač. Ispumpano je 2,777 bbl vode; a onda je bunar oticao nazad.

Posljednja faza je uključivala 3,016 bbl umreženog (viskoznog) fluida koji je pumpan kroz perforirano kućište brzinom do 35 bpm. Mikropropant je pumpan. U budućnosti će se vršiti procjene kako bi se procijenila neophodnost i održivost potpornih fraktura kako bi se osigurala provodljivost nastalih fraktura.

Preliminarna obrada treće faze ukazuje na rast pseudo-radijalne frakture, oko bušotine u centru. Ovo favorizuje razdvajanje između postojećeg injektora i budućeg proizvođača na udaljenosti od 300 stopa. Komercijalni scenario može zahtevati veći pomak od ovog; međutim, ovaj eksperimentalni program mora prvo utvrditi mogućnost međusobnog povezivanja dvije susjedne bušotine sa hidrauličkim lomljenjem.

Q6. Kakav je potencijal za komercijalnu primjenu?

U komercijalnom okruženju stvorilo bi se mnoštvo hidrauličnih fraktura za međusobno povezivanje bunara. U terenskoj laboratoriji FORGE, dužina laterala će biti posvećena testiranju novih tehnologija. To uključuje metode za određivanje karakteristika ležišta, hidrauličko frakturiranje i tehnike perforiranja, usklađenost – nominalno jednak protok kroz svaku hidrauličku pukotinu i karakteristike cirkulacije kroz ove mreže pukotina i brzinu kojom se doživljava termalno iscrpljivanje. Ugovori o istraživanju se prepuštaju drugim stranama (univerzitetima, nacionalnim laboratorijama, 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, dobijajući toplotu 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), koristeći sekundarni organski radni fluid koji se pretvara u paru za pogon turbine/generatora; ili direktno 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 promovirati komercijalizaciju ove vrste geotermalne energije. Uspjeh se fokusira na razvoj tehnologije. Već je napravljen značajan napredak promoviranjem primjene polikristalnih dijamantskih kompaktnih bitova (PDC) koji omogućavaju 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 hidraulično lomljenje može efikasno izvesti – ali pravi test leži u efikasnosti cirkulacije i povratu toplote nakon bušenja proizvodne bušotine.

Uspjeh EGS-a ovdje se može primijeniti na drugim mjestima. Razmislite o korištenju hidrauličkog lomljenja za hibridne EGS primjene gdje su konvencionalne primjene naišle na geotermalni ekvivalent suhe rupe – prirodne pukotine nisu naišle tokom bušenja, ali bi se mogle presjeći lomljenjem.

Uspjeh u FORGE-u znači testiranje tehnologija koje inače ne bi bile uzete u obzir, prenošenje održivih tehnologija privatnoj industriji i podsticanje razvoja geotermalne energije u cjelini.