Vylepšený geotermálny systém využíva technológiu ropy a zemného plynu na ťažbu energie s nízkym obsahom uhlíka. Časť 2.

Americké ministerstvo energetiky (DOE) financovalo projekt s názvom FORGE, v ktorom sa bude vŕtať horúca žulová hornina a štiepiť sa pomocou najlepšej technológie ropy a zemného plynu. Celkovým cieľom je zistiť, či voda čerpaná z jednej studne môže cirkulovať cez žulu a zohriať ju predtým, ako sa načerpá druhá studňa na pohon turbín, ktoré vyrábajú elektrinu.

John McLennan, Katedra chemického inžinierstva Univerzity v Utahu, je spoluriešiteľom tohto projektu DOE. Prezentáciu webinára na túto tému sponzoroval NSI 6. apríla 2022: Frontier Observatórium pre výskum geotermálnej energie (FORGE): Aktualizácia a výhľad

Prvá časť sa zaoberala týmito otázkami pre Johna McLennana:

Q1. Môžete poskytnúť stručnú históriu geotermálnej energie?

Q2. Čo sú vylepšené geotermálne systémy a kde sa používa frakovanie?

Q3. Povedzte nám o mieste projektu FORGE v Utahu a prečo bol vybraný.

Tento zápis je 2. časť, ktorá sa zaoberá tromi ďalšími otázkami uvedenými nižšie:

Q4. Aká je základná konštrukcia vstrekovacích a ťažobných vrtov?

Doteraz bolo vyvŕtaných šesť studní. Päť z týchto vrtov sú vertikálne vŕtané monitorovacie vrty, čo je v súlade so stratégiou poľného laboratória. Optické káble a geofóny v monitorovacích vrtoch dokážu zmapovať chronologický rast hydraulických puklín prepájajúcich injekčný vrt, ktorý bol vyvŕtaný, a pripravovaný ťažobný vrt.

Injektážny vrt bol vyvŕtaný do nameranej hĺbky 10,987 8520 stôp (skutočná vertikálna hĺbka 5 100 stôp ± pod úrovňou terénu). To znamenalo vŕtanie zvisle a potom vybudovanie zakrivenej časti pod uhlom 65°/4,300 stôp vŕtania a nakoniec udržiavanie bočného uhla 105° k vertikále asi XNUMX XNUMX stôp v azimute južne od východu (NXNUMXE). Tento smer uprednostňuje následné hydraulické zlomy, ktoré sú ortogonálne k vrtu.

Po vyvŕtaní sa všetkých 200 stôp vrtu okrem najspodnejších zakrylo (plášť s väčším priemerom 7 palcov sa použil na premiestnenie značného množstva vody s obmedzeným trením a parazitnými stratami pri čerpaní) a zacementoval sa k povrchu (aby sa hydraulicky izoloval prstencový priestor). .

Q5. Mohli by ste dobre zhrnúť tri ošetrenia Frac v injekcii a ich výsledky?

V apríli 2022 boli čerpané tri hydraulické zlomeniny v blízkosti dolných končatín (prst) vstrekovacieho vrtu. Geofóny v troch studniach, povrchové prístrojové vybavenie a spodné optické senzory poskytujú pohľad na vyvíjajúce sa geometrie lomov počas čerpania. Na základe interpretácie týchto geometrií puklín bude ďalej vyvŕtaný ťažobný vrt, aby preťal tieto oblaky mikroseizmicity.

Postupne sa čerpali tri stupne lomu. Prvý sa zameral na celú dĺžku otvoreného otvoru studne (spodných 200 stôp, ktoré neboli zakryté). Touto úpravou bola hladká voda (voda so zníženým trením). 4,261 179,000 bbl (~ 50 2100 gal) sa čerpalo rýchlosťou až 220 bpm (XNUMX XNUMX gpm). Po krátkom uzavretí studňa prúdila späť pri teplotách okolo XNUMX °F.

Ďalšia fáza zahŕňala čerpanie hladkej vody rýchlosťou až 35 bpm cez 20 stôp dlhú časť plášťa, ktorá bola perforovaná 120 tvarovanými náložami, aby sa zabezpečil prístup k formácii cez plášť a cementový plášť. bolo čerpaných 2,777 XNUMX barel hladkej vody; a potom sa studňa spustila späť.

Konečná fáza zahŕňala 3,016 35 bbl zosieťovanej (viskóznej) tekutiny čerpanej cez perforované puzdro rýchlosťou až XNUMX bpm. Mikropropant bol čerpaný. V budúcnosti sa vykonajú hodnotenia na posúdenie nevyhnutnosti a životaschopnosti oporných zlomenín, aby sa zabezpečila vodivosť vytvorených zlomenín.

Predbežné spracovanie tretieho štádia naznačuje pseudoradiálny rast zlomeniny okolo studne v strede. To uprednostňuje oddelenie medzi existujúcim vstrekovačom a budúcim výrobcom rádovo 300 stôp. Komerčný scenár si môže vyžadovať väčšie vyrovnanie; tento experimentálny program však musí najprv preukázať schopnosť prepojiť dva susedné vrty pomocou hydraulického štiepenia.

Q6. Aký je potenciál pre komerčné využitie?

V komerčnom prostredí by sa vytvorilo množstvo hydraulických zlomov na prepojenie vrtov. V poľnom laboratóriu FORGE bude dĺžka bočnice venovaná testovaniu nových technológií. Patria sem metódy na určenie charakteristík rezervoáru, techniky hydraulického štiepenia a perforácie, zhoda – nominálne rovnaký prietok cez každú hydraulickú puklinu a charakteristiky cirkulácie cez tieto puklinové siete a rýchlosť, pri ktorej dochádza k tepelnému vyčerpaniu. Výskumné zmluvy sú prenechané iným stranám (univerzity, národné laboratóriá, priemyselné subjekty), aby vyvinuli tieto technológie a otestovali ich vo FORGE.

V komerčnom prostredí EGS by sa vstrekovala studená voda a prechádzala cez sústavu hydraulicky vytvorených zlomov, pričom by v procese získavala teplo. Teplá voda by sa vyrábala na povrch cez výrobný vrt. Na povrchu by sa implementovala štandardná geotermálna technológia na výrobu elektriny (organické zariadenie s Rankinovým cyklom (ORC), využívajúce sekundárnu organickú pracovnú tekutinu, ktorá sa premieňa na paru, aby poháňala turbínu/generátor; alebo priame preháňanie na paru). Vyrobená voda po odvedení tepla recirkuluje.

Stránka FORGE nebude výrobcom elektriny. Je určená na testovanie a vývoj technológií, ktoré podporia komercializáciu tohto typu geotermálnej energie. Úspech sa sústreďuje okolo technologického rozvoja. Už sa dosiahol významný pokrok podporovaním aplikácie polykryštalických diamantových kompaktných bitov (PDC), ktoré umožňujú dramatické zvýšenie rýchlosti prieniku. Hodnotiace protokoly podpovrchových meraní a školenie všetkých zamestnancov vrtnej plošiny zlepšili ekonomiku vŕtania tohto geotermálneho projektu.

Zdá sa, že hydraulické štiepenie možno efektívne vykonávať – ale skutočný test spočíva v účinnosti obehu a rekuperácii tepla po vyvŕtaní ťažobného vrtu.

Úspech EGS tu možno uplatniť inde. Zvážte použitie hydraulického štiepenia pre hybridné aplikácie EGS, kde sa konvenčné aplikácie stretli s geotermálnym ekvivalentom suchej diery – prirodzené zlomy sa počas vŕtania nevyskytli, ale mohli sa preťať zlomením.

Úspech vo FORGE znamená testovanie technológií, o ktorých by sa inak neuvažovalo, odovzdávanie životaschopných technológií súkromnému priemyslu a celkové povzbudenie geotermálneho rozvoja.