Ett förbättrat geotermiskt system använder olje- och gasteknik för att utvinna lågkolhaltig energi. Del 2.

US Department of Energy (DOE) har finansierat ett projekt kallat FORGE där het granitberg kommer att borras och bryts med hjälp av den bästa olje- och gasteknologin. Ett övergripande mål är att se om vatten som pumpas ner i en brunn kan cirkuleras genom graniten och värmas upp innan det pumpas upp en andra brunn för att driva turbiner som genererar elektricitet.

John McLennan, Institutionen för kemiteknik, University of Utah, är huvudutredare för detta DOE-projekt. En webbseminariumpresentation om detta ämne sponsrades av NSI den 6 april 2022: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): En uppdatering och framtidsutsikt

Del 1 behandlade dessa frågor till John McLennan:

Q1. Kan du ge en kort historik om geotermisk energi?

Q2. Vad är förbättrade geotermiska system och var tillämpas fracking?

Q3. Berätta om platsen för FORGE-projektet i Utah och varför den valdes ut.

Den här texten är del 2, som tar upp tre ytterligare frågor nedan:

Q4. Vilken är den grundläggande utformningen av injektions- och produktionsbrunnarna?

Sex brunnar har hittills borrats. Fem av dessa brunnar är vertikalt borrade övervakningsbrunnar, vilket är i linje med strategin att vara ett fältlaboratorium. Fiberoptiska kablar och geofoner i övervakningsbrunnarna kan kartlägga den kronologiska tillväxten av hydrauliska sprickor som sammanbinder en injektionsbrunn som har borrats och en kommande produktionsbrunn.

Injektionsbrunnen borrades till ett uppmätt djup av 10,987 8520 fot (ett verkligt vertikalt djup på 5 fot ± under marknivå). Detta innebar att man borrade vertikalt och sedan byggde en krökt sektion vid 100°/65 fot borrad, och slutligen bibehöll en lateral i 4,300° mot vertikalen, i cirka 105 XNUMX fot i en azimut strax söder om öst (NXNUMXE). Denna riktning gynnar efterföljande hydrauliska sprickor som är ortogonala mot brunnen.

Efter borrning täcktes alla utom de nedersta 200 fot av brunnen (7-tums hölje med större diameter användes för att flytta betydande mängder vatten med begränsad friktion och parasitiska pumpförluster) och cementerades till ytan (för att hydrauliskt isolera det ringformiga utrymmet) .

F5. Skulle du kunna sammanfatta de tre frac-behandlingarna i injektionsbrunnen och deras resultat?

I april 2022 pumpades tre hydrauliska sprickor nära de nedre extremiteterna (tån) på injektionsbrunnen. Geofoner i tre brunnar, ytinstrumentering och fiberoptiska sensorer nere i hålet ger en bild av sprickgeometrierna under pumpning. Baserat på tolkningen av dessa sprickgeometrier kommer produktionsbrunnen sedan att borras för att skära dessa moln av mikroseismicitet.

Tre fraktursteg pumpades i följd. Den första inriktade sig på brunnens hela längd med öppet hål (de nedre 200 fot som inte hade täckts). Den behandlingen var slickwater (friktionsreducerat vatten). 4,261 179,000 bbl (~50 2100 gal) pumpades med hastigheter upp till 220 bpm (XNUMX gpm). Efter att ha stängts in kortvarigt flödades brunnen tillbaka vid temperaturer på cirka XNUMX°F.

Nästa steg involverade pumpning av slickwater med hastigheter upp till 35 slag/minut genom en 20 fot lång sektion av hölje som hade perforerats med 120 formade laddningar för att ge tillgång till formationen genom höljet och cementhöljet. 2,777 XNUMX bbl slickwater pumpades; och sedan rann brunnen tillbaka.

Det sista steget innebar 3,016 35 bbl tvärbunden (viskosifierad) vätska som pumpades genom perforerat hölje med hastigheter upp till XNUMX bpm. Mikroproppant pumpades. I framtiden kommer utvärderingar att göras för att bedöma nödvändigheten och livskraften av att stötta sprickor för att säkerställa konduktiviteten hos de skapade sprickorna.

Preliminär bearbetning av det tredje steget antyder pseudo-radiell spricktillväxt, runt brunnen i mitten. Detta gynnar en separation mellan den befintliga injektorn och den framtida tillverkaren i storleksordningen 300 ft. Ett kommersiellt scenario kan kräva större offset än detta; Detta experimentella program måste dock först fastställa förmågan att sammankoppla två intilliggande brunnar med hydraulisk sprickbildning.

F6. Vilken är potentialen för kommersiell tillämpning?

I en kommersiell miljö skulle en mångfald hydrauliska sprickor skapas för att koppla samman brunnar. På FORGEs fältlaboratorium kommer längden på lateralen att ägnas åt att testa ny teknik. Dessa inkluderar metoder för att bestämma reservoaregenskaper, hydraulisk sprickbildning och perforeringsteknik, överensstämmelse – nominellt lika flöde genom varje hydraulisk spricka, och egenskaperna för att cirkulera genom dessa spricknätverk och den hastighet med vilken termisk utarmning upplevs. Forskningskontrakt hyrs ut till andra parter (universitet, nationella laboratorier, industriella enheter) för att utveckla dessa teknologier och testa dem på FORGE.

I en kommersiell EGS-inställning skulle kallt vatten injiceras och passera genom arrayen av hydrauliskt skapade sprickor och ta emot värme i processen. Varmvattnet skulle produceras till ytan genom produktionsbrunnen. På ytan skulle standard geotermisk teknik implementeras för elproduktion (en organisk Rankine cycle (ORC) anläggning, med användning av en sekundär organisk arbetsvätska som flashas till ånga för att driva en turbin/generator; eller direkt flashing till ånga). Det producerade vattnet, efter att värmen har tagits ut, recirkuleras.

FORGE-webbplatsen kommer inte att vara en kraftproducent. Det är tänkt att användas för att testa och utveckla teknologier som kommer att främja kommersialiseringen av denna typ av geotermisk energi. Framgång kretsar kring teknikutveckling. Redan har betydande framsteg gjorts genom att främja tillämpningen av polykristallina diamant kompakta bitar (PDC) som möjliggör dramatiska ökningar av penetrationshastigheterna. Utvärderingsprotokoll för mätningar under ytan och utbildning av all riggplatspersonal har förbättrat borrekonomin i detta geotermiska projekt.

Det verkar som om hydraulisk sprickbildning kan utföras effektivt – men det verkliga testet ligger i cirkulationseffektivitet och värmeåtervinning efter att produktionsbrunnen har borrats.

EGS framgång här kan tillämpas på annat håll. Överväg att använda hydraulisk sprickbildning för hybrid EGS-applikationer där konventionella applikationer har stött på geotermisk motsvarighet till ett torrt hål – naturliga sprickor påträffades inte under borrning utan kunde skäras av sprickbildning.

Framgång på FORGE innebär att testa teknologier som annars inte skulle övervägas, att överföra livskraftiga teknologier till privat industri och att uppmuntra geotermisk utveckling överlag.