Усъвършенствана геотермална система използва нефтена и газова технология за добив на нисковъглеродна енергия. Част 2.

Министерството на енергетиката на САЩ (DOE) финансира проект, наречен FORGE, при който горещи гранитни скали ще бъдат пробивани и разбивани с помощта на най-добрите технологии за нефт и газ. Общата цел е да се види дали водата, изпомпвана в един кладенец, може да циркулира през гранита и да се нагрее, преди да се изпомпва втори кладенец, за да задвижват турбини, които генерират електричество.

Джон Макленан, катедра по химическо инженерство, Университета на Юта, е главният изследовател на този проект на DOE. Уебинарна презентация на тази тема беше спонсорирана от НСИ на 6 април 2022 г.: Frontier Обсерватория за изследвания в геотермалната енергия (FORGE): Актуализация и поглед напред

Част 1 разглежда тези въпроси до Джон Макленан:

Q1. Можете ли да предоставите кратка история на геотермалната енергия?

Q2. Какво представляват подобрените геотермални системи и къде се прилага фракинг?

Q3. Разкажете ни за сайта на проекта FORGE в Юта и защо е избран.

Тази статия е част 2, която разглежда три допълнителни въпроса по-долу:

Q4. Какъв е основният дизайн на инжекционните и производствените кладенци?

До момента са пробити шест кладенеца. Пет от тези кладенеца са вертикално пробити кладенци за наблюдение, което е в съответствие със стратегията да бъдете полева лаборатория. Оптични кабели и геофони в кладенците за наблюдение могат да картографират хронологичния растеж на хидравличните пукнатини, свързващи помежду си инжекционен кладенец, който е пробит, и предстоящ производствен кладенец.

Инжекционният кладенец беше пробит до измерена дълбочина от 10,987 8520 ft (истинска вертикална дълбочина от 5 ft± под нивото на земята). Това налага пробиване вертикално и след това изграждане на извита секция при 100°/65 ft пробита и накрая поддържане на страничен участък на 4,300° спрямо вертикалата, за около 105 фута в азимут на юг от изток (NXNUMXE). Тази посока благоприятства последващите хидравлични пукнатини да са ортогонални на кладенеца.

След пробиване всички с изключение на най-долните 200 фута от кладенеца бяха обсадени (по-голям диаметър 7-инчов корпус беше използван за преместване на значителни количества вода с ограничени загуби от триене и паразитни изпомпвания) и циментирани към повърхността (за хидравлично изолиране на пръстеновидното пространство) .

Q5. Бихте ли могли да обобщите трите третирания с фрактури в инжекционния кладенец и техните резултати?

През април 2022 г. бяха изпомпани три хидравлични пукнатини в близост до долните крайници (палеца) на инжекционния кладенец. Геофони в три кладенеца, повърхностни инструменти и сензори с оптични влакна в дупка предоставят поглед върху развиващите се геометрии на пукнатината по време на изпомпване. Въз основа на интерпретацията на тези геометрии на пукнатината, производственият кладенец ще бъде пробит, за да пресече тези облаци от микросеизмичност.

Три етапа на фрактура бяха последователно изпомпвани. Първият беше насочен към цялата дължина на отвора на кладенеца (долните 200 фута, които не бяха обработени). Това третиране беше slickwater (вода с намалено триене). 4,261 bbl (~179,000 gal) бяха изпомпвани със скорост до 50 bpm (2100 gpm). След затваряне за кратко, кладенецът беше върнат обратно при температури от около 220°F.

Следващият етап включваше изпомпване на хлъзгава вода със скорост до 35 удара в минута през 20-футов дълъг участък от кожух, който е бил перфориран със 120 оформени заряди, за да се осигури достъп до формацията през корпуса и циментовата обвивка. бяха изпомпани 2,777 bbl сликова вода; и след това кладенецът беше изтекъл обратно.

Последният етап включва 3,016 bbl омрежена (вискозизирана) течност, изпомпвана през перфорирана обвивка със скорост до 35 bpm. Изпомпва се микропропант. В бъдеще ще бъдат направени оценки за оценка на необходимостта и жизнеспособността от подпорни счупвания, за да се осигури проводимост на създадените счупвания.

Предварителната обработка на третия етап предполага растеж на псевдорадиална фрактура, около кладенеца в центъра. Това благоприятства разделянето между съществуващия инжектор и бъдещия производител от порядъка на 300 фута. Търговски сценарий може да изисква по-голямо компенсиране от това; обаче, тази експериментална програма трябва първо да установи способността за взаимно свързване на два съседни кладенеца с хидравлично разбиване.

Q6. Какъв е потенциалът за търговско приложение?

В търговски условия ще бъдат създадени множество хидравлични фрактури за взаимно свързване на кладенци. В полевата лаборатория FORGE дължината на страничната част ще бъде посветена на тестване на нови технологии. Те включват методи за определяне на характеристиките на резервоара, техники за хидравлично разбиване и перфориране, съответствие – номинално равен поток през всяка хидравлична пукнатина и характеристиките на циркулацията през тези пукнатни мрежи и скоростта, с която се изпитва термично изчерпване. Договорите за научни изследвания се предоставят на други страни (университети, национални лаборатории, промишлени предприятия) за разработване на тези технологии и тестване във FORGE.

В комерсиална EGS настройка студената вода ще бъде инжектирана и ще премине през множеството от хидравлично създадени пукнатини, придобивайки топлина в процеса. Топлата вода ще бъде произведена на повърхността през производствения кладенец. На повърхността ще бъде внедрена стандартна геотермална технология за производство на електроенергия (органична инсталация с цикъл на Ранкин (ORC), използваща вторичен органичен работен флуид, който се изпарява за задвижване на турбина/генератор; или директно мигане до пара). Произведената вода, след отвеждане на топлината, се рециркулира.

Сайтът FORGE няма да бъде производител на електроенергия. Той е предназначен да се използва за тестване и разработване на технологии, които ще насърчат комерсиализацията на този вид геотермална енергия. Успехът се съсредоточава около развитието на технологиите. Вече е постигнат значителен напредък чрез насърчаване на прилагането на поликристални диамантени компактни битове (PDC), които позволяват драматично увеличаване на скоростта на проникване. Протоколите за оценка на подземните измервания и обучението на целия персонал на площадката подобриха икономичността на сондажа на този геотермален проект.

Изглежда, че хидравличното разбиване може да се извърши ефективно – но истинският тест се крие в ефективността на циркулацията и възстановяването на топлината след пробиване на производствения кладенец.

Успехът на EGS тук може да се приложи другаде. Помислете за използването на хидравлично разбиване за хибридни EGS приложения, където конвенционалните приложения са се сблъскали с геотермалния еквивалент на суха дупка – естествени пукнатини не се срещат по време на сондаж, но могат да бъдат пресечени от разбиване.

Успехът в FORGE означава тестване на технологии, които иначе не биха били разгледани, предаване на жизнеспособни технологии на частната индустрия и насърчаване на геотермалното развитие като цяло.