Izboljšan geotermalni sistem uporablja tehnologijo nafte in plina za pridobivanje nizkoogljične energije. 2. del.

Ameriško ministrstvo za energijo (DOE) je financiralo projekt, imenovan FORGE, kjer bodo vrtali in lomljeni vroče granitne kamnine z uporabo najboljše tehnologije nafte in plina. Splošni cilj je ugotoviti, ali je mogoče vodo, izčrpano v eno vrtino, krožiti skozi granit in jo segreti, preden črpamo drugo vrtino za pogon turbin, ki proizvajajo električno energijo.

John McLennan, Oddelek za kemijsko inženirstvo, Univerza v Utahu, je glavni raziskovalec tega projekta DOE. Predstavitev spletnega seminarja na to temo je sponzorirala NSI 6. aprila 2022: Frontier Observatorij za raziskave geotermalne energije (FORGE): Posodobitev in pogled naprej

Prvi del je obravnaval ta vprašanja za Johna McLennana:

Q1. Ali lahko opišete kratko zgodovino geotermalne energije?

Q2. Kaj so izboljšani geotermalni sistemi in kje se uporablja fracking?

Q3. Povejte nam o mestu projekta FORGE v Utahu in zakaj je bilo izbrano.

Ta zapis je 2. del, ki obravnava tri dodatna vprašanja spodaj:

Q4. Kakšna je osnovna zasnova vbrizgalne in proizvodne vrtine?

Do danes je bilo izvrtanih šest vrtin. Pet od teh vrtin je navpično izvrtanih nadzornih vrtin, kar je skladno s strategijo terenskega laboratorija. Optični kabli in geofoni v nadzornih vrtinah lahko preslikajo kronološko rast hidravličnih zlomov, ki med seboj povezujejo vbrizgalno vrtino, ki je bila izvrtana, in prihajajočo proizvodno vrtino.

Vbrizgalna vrtina je bila izvrtana do izmerjene globine 10,987 ft (resnična navpična globina 8520 ft± pod nivojem tal). To je vključevalo vrtanje navpično in nato izgradnjo ukrivljenega odseka pri 5°/100 ft izvrtanih in končno vzdrževanje bočnega pod kotom 65° navpično, za približno 4,300 čevljev v azimutu tik južno od vzhoda (N105E). Ta smer daje prednost kasnejšim hidravličnim zlomom, ki so pravokotni na vrtino.

Po vrtanju so bili vsi vrtini, razen najnižjih 200 ft, obloženi (za premikanje znatnih količin vode z omejenim trenjem in parazitskimi črpalnimi izgubami je bilo uporabljeno ohišje večjega premera 7 palcev) in cementirano na površino (za hidravlično izolacijo obročnega prostora) .

Q5. Ali lahko povzamete tri obdelave loma v injekcijski vrtini in njihove rezultate?

Aprila 2022 so bili načrpani trije hidravlični zlomi v bližini spodnjih okončin (prst) vbrizgalne vrtine. Geofoni v treh vrtinah, površinska instrumentacija in senzorji iz optičnih vlaken v vrtini zagotavljajo pogled na razvijajočo se geometrijo loma med črpanjem. Na podlagi interpretacije teh geometrij loma bo nato izvrtana proizvodna vrtina, da se presekajo ti oblaki mikroseizmičnosti.

Zaporedoma so bile črpane tri stopnje zloma. Prvi je ciljal na celotno dolžino odprte luknje vrtine (spodnjih 200 čevljev, ki niso bili obloženi). Ta obdelava je bila gladka voda (voda z zmanjšanim trenjem). 4,261 bbl (~179,000 gal) je bilo črpanih s hitrostjo do 50 bpm (2100 gpm). Po kratkem zaprtju se je vrtina vrnila pri temperaturah okoli 220 °F.

Naslednja faza je vključevala črpanje vode s hitrostjo do 35 bpm skozi 20-ft dolg del ohišja, ki je bil perforiran s 120 oblikovanimi naboji, da se zagotovi dostop do formacije skozi ohišje in cementni ovoj. prečrpanih je bilo 2,777 bbl tekoče vode; nato pa je vodnjak pritekel nazaj.

Zadnja stopnja je vključevala 3,016 bbl zamrežene (viskozirane) tekočine, črpane skozi perforirano ohišje s hitrostjo do 35 bpm. Črpal je mikropropant. V prihodnosti bodo opravljene ocene za oceno nujnosti in izvedljivosti podpornih zlomov za zagotovitev prevodnosti nastalih zlomov.

Preliminarna obdelava tretje stopnje kaže na rast psevdoradialnih zlomov, okoli vrtine v središču. To daje prednost ločitvi med obstoječo injektorjem in bodočim proizvajalcem na razdalji 300 ft. Komercialni scenarij lahko zahteva večji odmik od tega; vendar mora ta eksperimentalni program najprej ugotoviti zmožnost medsebojnega povezovanja dveh sosednjih vrtin s hidravličnim lomljenjem.

Q6. Kakšen je potencial za komercialno uporabo?

V komercialnem okolju bi se ustvarilo več hidravličnih zlomov za medsebojno povezovanje vrtin. V terenskem laboratoriju FORGE bo dolžina laterale namenjena testiranju novih tehnologij. Ti vključujejo metode za določanje značilnosti rezervoarja, tehnike hidravličnega lomljenja in perforiranja, skladnost – nominalno enak pretok skozi vsak hidravlični zlom ter značilnosti kroženja skozi ta omrežja zlomov in hitrost, pri kateri se toplotno izčrpa. Raziskovalne pogodbe so na voljo drugim strankam (univerzam, nacionalnim laboratorijem, industrijskim subjektom), da razvijejo te tehnologije in jih preizkusijo v FORGE.

V komercialnem okolju EGS bi se hladna voda vbrizgala in prešla skozi vrsto hidravlično ustvarjenih zlomov, pri čemer bi pridobila toploto v procesu. Topla voda bi prišla na površje skozi proizvodno vrtino. Na površju bi bila implementirana standardna geotermalna tehnologija za proizvodnjo električne energije (elektrarna z organskim ciklom Rankine (ORC), ki uporablja sekundarno organsko delovno tekočino, ki se pretvori v paro za pogon turbine/generatorja; ali neposredno utripanje v paro). Proizvedena voda se po odvzemu toplote vrača v kroženje.

Spletno mesto FORGE ne bo proizvajalo električne energije. Namenjen je za testiranje in razvoj tehnologij, ki bodo spodbujale komercializacijo te vrste geotermalne energije. Uspeh se osredotoča na razvoj tehnologije. Že velik napredek je bil dosežen s spodbujanjem uporabe polikristalnih diamantnih kompaktnih sved (PDC), ki omogočajo dramatično povečanje stopenj penetracije. Protokoli ocenjevanja podzemnih meritev in usposabljanje vsega osebja na ploščadi so izboljšali ekonomičnost vrtanja tega geotermalnega projekta.

Zdi se, da je hidravlično lomljenje mogoče učinkovito izvesti – vendar je pravi preizkus v učinkovitosti cirkulacije in rekuperaciji toplote po izvrtanju proizvodne vrtine.

Uspeh EGS tukaj se lahko uporabi drugje. Razmislite o uporabi hidravličnega lomljenja za uporabo hibridnih EGS, kjer so običajne aplikacije naletele na geotermalni ekvivalent suhe luknje – naravnih zlomov med vrtanjem ni bilo, ampak bi jih lahko presekalo lomljenje.

Uspeh pri FORGE pomeni testiranje tehnologij, ki jih sicer ne bi upoštevali, prenos izvedljivih tehnologij zasebni industriji in spodbujanje razvoja geotermalne energije na splošno.