Et forbedret geotermisk system bruger olie- og gasteknologi til at udvinde lavkulstofenergi. Del 2.

Det amerikanske energiministerium (DOE) har finansieret et projekt kaldet FORGE, hvor varm granitsten vil blive boret og fracket ved hjælp af den bedste olie- og gasteknologi. Et overordnet mål er at se, om vand, der pumpes ned i en brønd, kan cirkuleres gennem granitten og opvarmes, før det pumpes en anden brønd op for at drive turbiner, der genererer elektricitet.

John McLennan, Department of Chemical Engineering, University of Utah, er co-principal investigator for dette DOE-projekt. En webinarpræsentation om dette emne blev sponsoreret af NSI den 6. april 2022: Frontier-observatoriet for forskning i geotermisk energi (FORGE): En opdatering og et fremsyn

Del 1 behandlede disse spørgsmål til John McLennan:

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

Q2. Hvad er forbedrede geotermiske systemer, og hvor anvendes fracking?

Q3. Fortæl os om stedet for FORGE-projektet i Utah, og hvorfor det blev valgt.

Denne opskrivning er del 2, som behandler tre yderligere spørgsmål nedenfor:

Q4. Hvad er det grundlæggende design af injektions- og produktionsbrøndene?

Seks brønde er blevet boret til dato. Fem af disse brønde er vertikalt borede overvågningsbrønde, hvilket er i overensstemmelse med strategien om at være et feltlaboratorium. Fiberoptiske kabler og geofoner i overvågningsbrøndene kan kortlægge den kronologiske vækst af hydrauliske brud, der forbinder en injektionsbrønd, som er blevet boret, og en kommende produktionsbrønd.

Injektionsbrønden blev boret til en målt dybde på 10,987 ft (en sand lodret dybde på 8520 ft± under jordniveau). Dette indebar lodret boring og derefter bygning af en buet sektion ved 5°/100 fod boret, og til sidst bibeholdelse af en lateral i 65° i forhold til lodret, i omkring 4,300 fod i en azimut lige syd for øst (N105E). Denne retning favoriserer, at efterfølgende hydrauliske brud er ortogonale i forhold til brønden.

Efter boring blev alle undtagen de nederste 200 fod af brønden foret (7-tommers foringsrør med større diameter blev brugt til at flytte betydelige mængder vand med begrænset friktion og parasitære pumpetab) og cementeret til overfladen (for hydraulisk at isolere det ringformede rum) .

Q5. Kan du opsummere de tre frac-behandlinger i injektionsbrønden og deres resultater?

I april 2022 blev tre hydrauliske frakturer pumpet nær de nedre ekstremiteter (tåen) af injektionsbrønden. Geofoner i tre brønde, overfladeinstrumentering og fiberoptiske sensorer nede i borehullet giver et overblik over de udviklende brudgeometrier under pumpning. Baseret på fortolkningen af ​​disse sprækkegeometrier vil produktionsbrønden næste gang blive boret for at skære disse skyer af mikroseismicitet.

Tre frakturstadier blev pumpet efter hinanden. Den første var rettet mod hele længden af ​​åbent hul af brønden (de nederste 200 fod, der ikke var blevet foret). Denne behandling var slickwater (friktionsreduceret vand). 4,261 bbl (~179,000 gal) blev pumpet med hastigheder op til 50 bpm (2100 gpm). Efter kortvarig lukning blev brønden strømmet tilbage ved temperaturer på ca. 220°F.

Næste trin involverede pumpning af slickwater med hastigheder på op til 35 slag/min gennem en 20 fod lang sektion af foringsrør, der var blevet perforeret med 120 formede ladninger for at give adgang til formationen gennem foringsrøret og cementkappen. Der blev pumpet 2,777 bbl slickwater; og så løb brønden tilbage.

Det sidste trin indebar 3,016 bbl tværbundet (viskosificeret) væske pumpet gennem perforeret kappe med hastigheder op til 35 bpm. Mikroproppant blev pumpet. I fremtiden vil der blive foretaget evalueringer for at vurdere nødvendigheden og levedygtigheden af ​​at støtte sprækker for at sikre ledningsevnen af ​​de skabte sprækker.

Foreløbig behandling af det tredje trin tyder på pseudo-radial frakturvækst, omkring brønden i midten. Dette favoriserer en adskillelse mellem den eksisterende injektor og den fremtidige producent i størrelsesordenen 300 ft. Et kommercielt scenario kan kræve større offset end dette; dog skal dette eksperimentelle program først etablere evnen til at forbinde to tilstødende brønde med hydraulisk frakturering.

Q6. Hvad er potentialet for kommerciel anvendelse?

I et kommercielt miljø ville der blive skabt en mangfoldighed af hydrauliske brud for at forbinde brønde. På FORGE feltlaboratoriet vil længden af ​​lateralen blive afsat til at teste nye teknologier. Disse omfatter metoder til bestemmelse af reservoirkarakteristika, hydrauliske frakturerings- og perforeringsteknikker, overensstemmelse – nominelt lige flow gennem hver hydraulisk fraktur, og egenskaberne ved cirkulation gennem disse sprækkenetværk og den hastighed, hvormed termisk udtømning opleves. Forskningskontrakter udlejes til andre parter (universiteter, nationale laboratorier, industrielle enheder) for at udvikle disse teknologier og afprøve dem hos FORGE.

I en kommerciel EGS-indstilling ville koldt vand blive injiceret og passere gennem rækken af ​​hydraulisk skabte brud, hvorved det opsamler varme i processen. Det varme vand ville blive produceret til overfladen gennem produktionsbrønden. Ved overfladen vil standard geotermisk teknologi blive implementeret til elproduktion (et organisk Rankine cycle (ORC) anlæg, der bruger en sekundær organisk arbejdsvæske, der flashes til damp for at drive en turbine/generator; eller direkte flashing til damp). Det producerede vand recirkuleres, efter at varmen er taget ud.

FORGE-webstedet vil ikke være en strømproducent. Det er beregnet til at blive brugt til at teste og udvikle teknologier, der vil fremme kommercialiseringen af ​​denne type geotermisk energi. Succes er centreret omkring teknologiudvikling. Der er allerede gjort betydelige fremskridt ved at fremme anvendelsen af ​​polykrystallinske diamant kompakte bits (PDC), der muliggør dramatiske stigninger i penetrationshastighederne. Evalueringsprotokoller for underjordiske målinger og uddannelse af alt rigpladspersonale har forbedret boreøkonomien i dette geotermiske projekt.

Det ser ud til, at hydraulisk frakturering kan udføres effektivt - men den sande test ligger i cirkulationseffektivitet og varmegenvinding, efter at produktionsbrønden er boret.

EGS-succes her kan anvendes andre steder. Overvej at bruge hydraulisk frakturering til hybrid EGS-applikationer, hvor konventionelle applikationer er stødt på den geotermiske ækvivalent af et tørt hul – naturlige brud blev ikke stødt på under boring, men kunne gennemskæres af frakturering.

Succes hos FORGE betyder afprøvning af teknologier, som ellers ikke ville blive overvejet, videregivelse af levedygtige teknologier til den private industri og tilskyndelse til geotermisk udvikling generelt.