Et forbedret geotermisk system bruker olje- og gassteknologi for å utvinne lavkarbonenergi. Del 2.

Det amerikanske energidepartementet (DOE) har finansiert et prosjekt kalt FORGE hvor varm granittstein skal bores og fraktes ved bruk av den beste olje- og gassteknologien. Et overordnet mål er å se om vann pumpet ned en brønn kan sirkuleres gjennom granitten og varmes opp før det pumpes opp en andre brønn for å drive turbiner som genererer elektrisitet.

John McLennan, Institutt for kjemiteknikk, University of Utah, er co-hovedetterforsker for dette DOE-prosjektet. En webinarpresentasjon om dette emnet ble sponset av NSI 6. april 2022: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): En oppdatering og et blikk

Del 1 tok for seg disse spørsmålene til John McLennan:

Q1. Kan du gi en kort historie om geotermisk energi?

Q2. Hva er forbedrede geotermiske systemer, og hvor brukes fracking?

Q3. Fortell oss om stedet for FORGE-prosjektet i Utah og hvorfor det ble valgt.

Denne oppskriften er del 2, som tar for seg tre tilleggsspørsmål nedenfor:

Q4. Hva er den grunnleggende utformingen av injeksjons- og produksjonsbrønnene?

Seks brønner er boret til dags dato. Fem av disse brønnene er vertikalt borede overvåkingsbrønner, noe som er i tråd med strategien om å være et feltlaboratorium. Fiberoptiske kabler og geofoner i overvåkingsbrønnene kan kartlegge den kronologiske veksten av hydrauliske brudd som forbinder en injeksjonsbrønn, som er boret, og en kommende produksjonsbrønn.

Injeksjonsbrønnen ble boret til en målt dybde på 10,987 8520 fot (en sann vertikal dybde på 5 fot ± under bakkenivå). Dette innebar å bore vertikalt og deretter bygge en buet seksjon ved 100°/65 fot boret, og til slutt opprettholde en lateral i 4,300° mot vertikalen, i omtrent 105 fot i en asimut like sør for øst (NXNUMXE). Denne retningen favoriserer at påfølgende hydrauliske sprekker er ortogonale til brønnen.

Etter boring ble alle unntatt de nederste 200 fot av brønnen foret (7-tommers foringsrør med større diameter ble brukt til å flytte betydelige mengder vann med begrenset friksjon og parasittiske pumpetap) og sementert til overflaten (for hydraulisk å isolere det ringformede rommet) .

Q5. Kan du oppsummere de tre frac-behandlingene i injeksjonsbrønnen og resultatene deres?

I april 2022 ble tre hydrauliske brudd pumpet nær underekstremitetene (tåen) av injeksjonsbrønnen. Geofoner i tre brønner, overflateinstrumentering og fiberoptiske sensorer nede i borehullet gir en oversikt over de utviklende bruddgeometriene under pumping. Basert på tolkningen av disse sprekkegeometriene, vil produksjonsbrønnen deretter bli boret for å krysse disse skyene av mikroseismisitet.

Tre bruddstadier ble pumpet etter hverandre. Den første var rettet mot hele lengden av brønnen med åpent hull (de nedre 200 fot som ikke hadde blitt foret). Den behandlingen var slickwater (friksjonsredusert vann). 4,261 bbl (~179,000 50 gal) ble pumpet med hastigheter opp til 2100 bpm (220 gpm). Etter kort stengning ble brønnen strømmet tilbake ved temperaturer på omtrent XNUMX°F.

Det neste trinnet innebar å pumpe slickwater med hastigheter på opptil 35 slag/min gjennom en 20 fot lang seksjon av foringsrør som hadde blitt perforert med 120 formede ladninger for å gi tilgang til formasjonen gjennom foringsrøret og sementkappen. 2,777 fat vann ble pumpet; og så ble brønnen strømmet tilbake.

Det siste trinnet innebar 3,016 fat tverrbundet (viskosifisert) væske pumpet gjennom perforert foringsrør med hastigheter opp til 35 slag/min. Mikroproppant ble pumpet. I fremtiden vil det bli gjort evalueringer for å vurdere nødvendigheten og levedyktigheten av å støtte brudd for å sikre ledningsevnen til de opprettede bruddene.

Foreløpig behandling av det tredje trinnet antyder pseudo-radial bruddvekst, rundt brønnen i sentrum. Dette favoriserer et skille mellom den eksisterende injektoren og den fremtidige produsenten i størrelsesorden 300 fot. Et kommersielt scenario kan kreve større forskyvning enn dette; Imidlertid må dette eksperimentelle programmet først etablere evnen til å koble sammen to tilstøtende brønner med hydraulisk frakturering.

Q6. Hva er potensialet for kommersiell bruk?

I en kommersiell setting vil det skapes en rekke hydrauliske brudd for å koble sammen brønner. På FORGE-feltlaboratoriet vil lengden på lateralen bli viet til å teste ut nye teknologier. Disse inkluderer metoder for å bestemme reservoarkarakteristikk, hydraulisk frakturering og perforeringsteknikker, konformitet – nominelt lik strømning gjennom hver hydraulisk fraktur, og egenskapene til sirkulering gjennom disse frakturnettverkene og hastigheten som termisk utarming oppleves med. Forskningskontrakter er gitt til andre parter (universiteter, nasjonale laboratorier, industrielle enheter) for å utvikle disse teknologiene og teste dem ut hos FORGE.

I en kommersiell EGS-innstilling vil kaldt vann injiseres og passere gjennom rekken av hydraulisk opprettede brudd, og motta varme i prosessen. Det varme vannet vil bli produsert til overflaten gjennom produksjonsbrønnen. Ved overflaten vil standard geotermisk teknologi bli implementert for elektrisitetsproduksjon (et organisk Rankine cycle (ORC) anlegg, ved bruk av en sekundær organisk arbeidsvæske som flashes til damp for å drive en turbin/generator; eller direkte flashing til damp). Det produserte vannet, etter at varme er tatt ut, resirkuleres.

FORGE-nettstedet vil ikke være en kraftprodusent. Den skal brukes til å teste og utvikle teknologier som skal fremme kommersialisering av denne typen geotermisk energi. Suksess dreier seg om teknologiutvikling. Allerede har betydelige fremskritt blitt gjort ved å fremme bruken av polykrystallinske diamantkompaktbits (PDC) som muliggjør dramatiske økninger i penetrasjonshastigheten. Evalueringsprotokoller for undergrunnsmålinger og opplæring av alt personell på riggstedet har forbedret boreøkonomien til dette geotermiske prosjektet.

Det ser ut til at hydraulisk frakturering kan utføres effektivt – men den sanne testen ligger i sirkulasjonseffektivitet og varmegjenvinning etter at produksjonsbrønnen er boret.

EGS-suksess her kan brukes andre steder. Vurder å bruke hydraulisk trykking for hybrid EGS-applikasjoner der konvensjonelle applikasjoner har møtt den geotermiske ekvivalenten til et tørt hull – naturlige sprekker ble ikke påtruffet under boring, men kan bli krysset av sprekking.

Suksess hos FORGE betyr å teste teknologier som ellers ikke ville blitt vurdert, å overføre levedyktige teknologier til privat industri og å oppmuntre til geotermisk utvikling generelt.