Gelişmiş Jeotermal Sistem, Düşük Karbonlu Enerji Madenciliği İçin Petrol ve Gaz Teknolojisini Kullanıyor. Bölüm 2.

ABD Enerji Bakanlığı (DOE), en iyi petrol ve gaz teknolojisi kullanılarak sıcak granit kayanın delineceği ve kırılacağı FORGE adlı bir projeyi finanse etti. Genel bir amaç, bir kuyudan aşağı pompalanan suyun, elektrik üreten türbinleri çalıştırmak için ikinci bir kuyuya pompalanmadan önce granitten dolaştırılıp ısıtılıp ısıtılmayacağını görmektir.

Utah Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü'nden John McLennan, bu DOE projesinin ortak araştırmacısıdır. Bu konuyla ilgili bir web semineri sunumu, 6 Nisan 2022'de NSI sponsorluğunda yapıldı: Frontier Jeotermal Enerji Araştırmaları Gözlemevi (FORGE): Bir Güncelleme ve Öngörü

Bölüm 1 bu soruları ele aldı John McLennan'a:

S1. Jeotermal enerjinin kısa bir tarihçesini verebilir misiniz?

S2. Gelişmiş jeotermal sistemler nelerdir ve kırılma nerede uygulanır?

S3. Bize Utah'daki FORGE projesinin yeri ve neden seçildiği hakkında bilgi verin.

Bu yazı, aşağıdaki üç ek soruyu ele alan Bölüm 2'dir:

S4. Enjeksiyon ve üretim kuyularının temel tasarımı nedir?

Bugüne kadar altı kuyu açıldı. Bu kuyulardan beşi, saha laboratuvarı olma stratejisine uygun olarak dikey sondajlı izleme kuyularıdır. İzleme kuyularındaki fiber optik kablolar ve jeofonlar, delinmiş bir enjeksiyon kuyusunu ve yaklaşan bir üretim kuyusunu birbirine bağlayan hidrolik kırılmaların kronolojik büyümesini haritalayabilir.

Enjeksiyon kuyusu, ölçülen 10,987 ft derinliğe kadar (yer seviyesinin altında 8520 ft± gerçek bir dikey derinlik) açılmıştır. Bu, dikey olarak delmeyi ve ardından 5°/100 ft delinerek kavisli bir bölüm inşa etmeyi ve nihayet doğunun hemen güneyindeki bir azimutta (N65E) yaklaşık 4,300 fit boyunca düşeye 105°'de bir yanal korumayı gerektirdi. Bu yön, kuyuya dik olan sonraki hidrolik kırılmaları destekler.

Sondajdan sonra, kuyunun en dipteki 200 ft'lik kısmı hariç tümü kaplandı (önemli miktarda suyu sınırlı sürtünme ve parazitik pompalama kayıplarıyla hareket ettirmek için daha büyük çaplı 7 inçlik kasa kullanıldı) ve yüzeye çimentolandı (halka şeklindeki boşluğu hidrolik olarak izole etmek için) .

S5. Enjeksiyon kuyusundaki üç frak tedavisini ve sonuçlarını özetleyebilir misiniz?

Nisan 2022'de enjeksiyon kuyusunun alt ekstremitelerine (ayak parmağı) yakın üç hidrolik kırık pompalandı. Üç kuyudaki jeofonlar, yüzey enstrümantasyonu ve kuyu içi fiber optik sensörler, pompalama sırasında gelişen kırılma geometrilerinin bir görünümünü sağlar. Bu kırılma geometrilerinin yorumuna dayanarak, üretim kuyusu daha sonra bu mikrosismisite bulutlarıyla kesişmek için delinecek.

Üç kırılma aşaması art arda pompalandı. İlki, kuyunun tüm açık delik uzunluğunu hedef aldı (kaplama yapılmayan 200 fit alt kısım). Bu işlem kaygan suydu (sürtünmeyi azaltan su). 4,261 varil (~179,000 gal), 50 bpm'ye (2100 gpm) varan oranlarda pompalandı. Kısa süreliğine kapatıldıktan sonra kuyu yaklaşık 220°F sıcaklıklarda geri akıtıldı.

Bir sonraki aşama, gövde ve çimento kılıfı aracılığıyla formasyona erişim sağlamak için 35 şekilli yükler ile delinmiş 20 ft uzunluğundaki bir gövde bölümünden 120 bpm'ye kadar hızlarda kaygan suyun pompalanmasını içeriyordu. 2,777 varil kaygan su pompalandı; ve sonra kuyu geri aktı.

Son aşama, delikli mahfazadan 3,016 bpm'ye kadar hızlarda pompalanan 35 varil çapraz bağlı (viskozize) sıvıyı gerektirdi. Mikroproppant pompalandı. Gelecekte, oluşturulan kırıkların iletkenliğini sağlamak için kırıkları desteklemenin gerekliliği ve uygulanabilirliğini değerlendirmek için değerlendirmeler yapılacaktır.

Üçüncü aşamanın ön işlemesi, merkezdeki kuyu çevresinde psödo-radyal kırılma büyümesini göstermektedir. Bu, mevcut enjektör ile gelecekteki üretici arasında 300 ft mertebesinde bir ayrımı desteklemektedir. Ticari bir senaryo bundan daha fazla dengeleme gerektirebilir; bununla birlikte, bu deneysel programın önce iki bitişik kuyuyu hidrolik kırılma ile birbirine bağlama yeteneğini oluşturması gerekir.

S6. Ticari uygulama potansiyeli nedir?

Ticari bir ortamda, kuyuları birbirine bağlamak için çok sayıda hidrolik kırık oluşturulacaktır. FORGE saha laboratuvarında, yanalın uzunluğu yeni teknolojileri test etmeye ayrılacaktır. Bunlar, rezervuar özelliklerini, hidrolik kırılma ve delme tekniklerini, uygunluk – her bir hidrolik kırılma boyunca nominal olarak eşit akış ve bu kırılma ağları boyunca dolaşmanın özelliklerini ve termal tükenmenin yaşandığı hızı belirleme yöntemlerini içerir. Araştırma sözleşmeleri, bu teknolojileri geliştirmeleri ve FORGE'da test etmeleri için diğer taraflara (üniversiteler, ulusal laboratuvarlar, endüstriyel kuruluşlar) verilir.

Ticari bir EGS ortamında, soğuk su enjekte edilecek ve hidrolik olarak oluşturulan kırıklar dizisinden geçerek süreçte ısı elde edecekti. Sıcak su, üretim kuyusu aracılığıyla yüzeye çıkacaktı. Yüzeyde, elektrik üretimi için standart jeotermal teknoloji uygulanacaktır (bir türbini/jeneratörü çalıştırmak için buhara dönüştürülen ikincil bir organik çalışma sıvısı kullanan bir organik Rankine çevrimi (ORC) tesisi; veya doğrudan buhara püskürtme). Üretilen su, ısısı alındıktan sonra yeniden sirküle edilir.

FORGE sitesi bir enerji üreticisi olmayacak. Bu tür jeotermal enerjinin ticarileştirilmesini teşvik edecek teknolojileri test etmek ve geliştirmek için kullanılması amaçlanmaktadır. Başarı, teknoloji geliştirme etrafında merkezlenir. Halihazırda, penetrasyon oranlarında çarpıcı artışlar sağlayan polikristalin elmas kompakt uçların (PDC) uygulanması teşvik edilerek önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Yeraltı ölçümlerinin değerlendirme protokolleri ve tüm teçhizat sahası personelinin eğitimi, bu jeotermal projenin sondaj ekonomisini iyileştirdi.

Görünüşe göre hidrolik kırma etkili bir şekilde gerçekleştirilebilir - ancak gerçek test, üretim kuyusu açıldıktan sonra sirkülasyon verimliliği ve ısı geri kazanımında yatmaktadır.

Buradaki EGS başarısı başka bir yere uygulanabilir. Geleneksel uygulamaların bir kuru deliğin jeotermal eşdeğeriyle karşılaştığı hibrit EGS uygulamaları için hidrolik kırılma kullanmayı düşünün - sondaj sırasında doğal kırılmalara rastlanmadı, ancak kırılma ile kesişebilir.

FORGE'de başarı, aksi halde düşünülmeyecek teknolojilerin test edilmesi, uygulanabilir teknolojilerin özel sektöre geçirilmesi ve genel olarak jeotermal gelişimin teşvik edilmesi anlamına gelir.