Усовершенствованная геотермальная система использует нефтегазовые технологии для добычи низкоуглеродной энергии. Часть 2.

Министерство энергетики США (DOE) профинансировало проект под названием FORGE, в рамках которого будут бурить и дробить горячую гранитную породу с использованием лучших нефтегазовых технологий. Общая цель состоит в том, чтобы увидеть, может ли вода, откачиваемая из одной скважины, циркулировать через гранит и нагреваться перед тем, как накачать вторую скважину для привода турбин, вырабатывающих электроэнергию.

Джон МакЛеннан, факультет химического машиностроения, Университет штата Юта, является соруководителем этого проекта Министерства энергетики США. Презентация вебинара по этой теме была организована NSI 6 апреля 2022 г.: FОбсерватория Ронтье для исследований в области геотермальной энергии (FORGE): обновленная информация и прогнозы

Часть 1 ответила на эти вопросы Джону МакЛеннану:

Q1. Можете ли вы предоставить краткую историю геотермальной энергии?

Q2. Что такое усовершенствованные геотермальные системы и где применяется фрекинг?

Q3. Расскажите о сайте проекта FORGE в Юте и почему он был выбран.

Эта запись является частью 2, в которой рассматриваются три дополнительных вопроса ниже:

Q4. Какова базовая конструкция нагнетательных и добывающих скважин?

На сегодняшний день пробурено шесть скважин. Пять из этих скважин представляют собой вертикально пробуренные контрольные скважины, что согласуется со стратегией полевой лаборатории. Волоконно-оптические кабели и сейсмоприемники в контрольных скважинах могут отображать хронологический рост гидроразрывов, соединяющих пробуренную нагнетательную скважину и будущую эксплуатационную скважину.

Нагнетательная скважина была пробурена на измеренную глубину 10,987 8520 футов (истинная вертикальная глубина 5 футов ± ниже уровня земли). Это повлекло за собой вертикальное бурение, а затем строительство криволинейного участка на глубине 100°/65 футов и, наконец, сохранение бокового ствола под углом 4,300° к вертикали на протяжении примерно 105 футов по азимуту к югу от востока (NXNUMXE). Это направление благоприятствует тому, чтобы последующие ГРП были ортогональны скважине.

После бурения вся скважина, кроме самых нижних 200 футов, была обсажена (7-дюймовая обсадная труба большего диаметра использовалась для перемещения значительного количества воды с ограниченным трением и паразитными потерями на насос) и зацементирована на поверхности (для гидравлической изоляции кольцевого пространства). .

Q5. Не могли бы вы подытожить три ГРП в нагнетательной скважине и их результаты?

В апреле 2022 г. были закачаны три трещины ГРП вблизи нижних оконечностей (носка) нагнетательной скважины. Геофоны в трех скважинах, наземные приборы и внутрискважинные волоконно-оптические датчики обеспечивают обзор изменяющейся геометрии трещин во время закачки. Основываясь на интерпретации этих геометрий трещин, далее будет пробурена добывающая скважина, чтобы пересечь эти облака микросейсмичности.

Последовательно были закачаны три стадии ГРП. Первый нацелен на всю длину открытого ствола скважины (нижние 200 футов, которые не были обсажены). Эта обработка была slickwater (вода с уменьшенным трением). 4,261 179,000 баррель (~ 50 2100 галлонов) были закачаны со скоростью до 220 ударов в минуту (XNUMX галлонов в минуту). После непродолжительного закрытия скважина восстанавливалась при температуре около XNUMX°F.

Следующим этапом была закачка слик-воды со скоростью до 35 баррелей в минуту через секцию обсадной трубы длиной 20 футов, перфорированную 120 кумулятивными зарядами для обеспечения доступа к пласту через обсадную колонну и цементное кольцо. было закачано 2,777 XNUMX баррелей скользкой воды; а потом колодец потек обратно.

На заключительном этапе через перфорированную обсадную колонну было прокачано 3,016 баррелей сшитой (загущенной) жидкости со скоростью до 35 баррелей в минуту. Закачивался микропроппант. В будущем будут проведены оценки необходимости и целесообразности расклинивания трещин для обеспечения проводимости созданных трещин.

Предварительная обработка третьего этапа предполагает псевдорадиальный рост трещины вокруг скважины в центре. Это способствует разделению между существующей нагнетательной и будущей добывающей скважинами порядка 300 футов. Коммерческий сценарий может потребовать большего смещения, чем это; однако эта экспериментальная программа должна сначала установить возможность соединения двух соседних скважин с помощью гидравлического разрыва пласта.

Q6. Каков потенциал коммерческого применения?

В коммерческих условиях будет создано множество гидроразрывов для соединения скважин. В полевой лаборатории FORGE длина отвода будет отведена для тестирования новых технологий. К ним относятся методы определения характеристик коллектора, методы гидроразрыва пласта и перфорации, соответствие - номинально равный поток через каждую трещину гидроразрыва, а также характеристики циркуляции через эти сети трещин и скорость, с которой происходит термическое истощение. Контракты на исследования передаются другим сторонам (университетам, национальным лабораториям, промышленным предприятиям) для разработки этих технологий и их тестирования в FORGE.

В коммерческой установке EGS холодная вода будет закачиваться и проходить через массив гидравлически созданных трещин, получая при этом тепло. Горячая вода будет добываться на поверхность через добывающую скважину. На поверхности будет применяться стандартная геотермальная технология для производства электроэнергии (установка с органическим циклом Ренкина (ORC), использующая вторичную органическую рабочую жидкость, которая испаряется для приведения в действие турбины/генератора; или прямое испарение до пара). Пластовая вода после отвода тепла возвращается в оборот.

Сайт FORGE не будет производителем электроэнергии. Он предназначен для тестирования и разработки технологий, которые будут способствовать коммерциализации этого вида геотермальной энергии. Успех основывается на развитии технологий. Уже достигнуты значительные успехи за счет внедрения поликристаллических алмазных компактных долот (PDC), которые позволяют резко увеличить скорость проходки. Протоколы оценки подземных измерений и обучение всего персонала буровой площадки улучшили экономические показатели бурения этого геотермального проекта.

Кажется, что ГРП можно эффективно проводить, но настоящее испытание заключается в эффективности циркуляции и рекуперации тепла после бурения добывающей скважины.

Успех EGS здесь может быть применен в другом месте. Рассмотрите возможность использования гидравлического разрыва пласта для гибридных приложений EGS, где традиционные приложения столкнулись с геотермическим эквивалентом сухой скважины - естественные трещины не были обнаружены во время бурения, но могли быть пересечены с помощью гидроразрыва.

Успех FORGE означает тестирование технологий, которые иначе не рассматривались бы, передача жизнеспособных технологий частному сектору и поощрение развития геотермальной энергетики в целом.