Een verbeterd geothermisch systeem maakt gebruik van olie- en gastechnologie om koolstofarme energie te winnen. Deel 2.

Het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) heeft een project gefinancierd met de naam FORGE, waarbij heet granietgesteente zal worden geboord en gefrackt met behulp van de beste olie- en gastechnologie. Een algemeen doel is om te zien of water dat uit één put wordt gepompt, door het graniet kan worden gecirculeerd en kan worden verwarmd voordat het door een tweede put wordt opgepompt om turbines aan te drijven die elektriciteit opwekken.

John McLennan, afdeling Chemische Technologie, Universiteit van Utah, is de co-hoofdonderzoeker voor dit DOE-project. Op 6 april 2022 werd een webinarpresentatie over dit onderwerp gesponsord door NSI: FRontier Observatorium voor onderzoek in geothermische energie (FORGE): een update en vooruitblik

Deel 1 ging in op deze vragen aan John McLennan:

Q1. Kunt u een korte geschiedenis van geothermische energie geven?

Vraag 2. Wat zijn verbeterde geothermische systemen en waar wordt fracking toegepast?

Q3. Vertel ons over de locatie van het FORGE-project in Utah en waarom deze is geselecteerd.

Dit artikel is deel 2 en behandelt hieronder drie aanvullende vragen:

Q4. Wat is het basisontwerp van de injectie- en productieputten?

Er zijn tot nu toe zes putten geboord. Vijf van deze putten zijn verticaal geboorde peilputten, wat consistent is met de strategie om een ​​veldlaboratorium te zijn. Glasvezelkabels en geofoons in de peilputten kunnen de chronologische groei in kaart brengen van hydraulische breuken die een injectieput, die is geboord, en een aanstaande productieput met elkaar verbinden.

De injectieput werd geboord tot een gemeten diepte van 10,987 voet (een werkelijke verticale diepte van 8520 voet ± onder het maaiveld). Dit hield in dat er verticaal werd geboord en vervolgens een gebogen gedeelte werd gebouwd op 5 ° / 100 ft, geboord, en uiteindelijk een lateraal op 65 ° ten opzichte van de verticaal werd gehandhaafd, over een afstand van ongeveer 4,300 voet in een azimut net ten zuiden van het oosten (N105E). Deze richting geeft de voorkeur aan daaropvolgende hydraulische breuken die loodrecht op de put staan.

Na het boren werd de put, behalve de onderste 200 meter, van een behuizing voorzien (een behuizing van 7 inch met een grotere diameter werd gebruikt om aanzienlijke hoeveelheden water te verplaatsen met beperkte wrijving en parasitaire pompverliezen) en aan het oppervlak gecementeerd (om de ringvormige ruimte hydraulisch te isoleren) .

Vraag 5. Kunt u de drie frac-behandelingen in de injectieput en hun resultaten samenvatten?

In april 2022 zijn drie hydraulische breuken gepompt nabij de onderste ledematen (de teen) van de injectieput. Geofoons in drie putten, oppervlakte-instrumentatie en glasvezelsensoren in het boorgat bieden zicht op de zich ontwikkelende breukgeometrieën tijdens het pompen. Op basis van de interpretatie van deze breukgeometrieën zal de productieput vervolgens worden geboord om deze wolken van microseismiciteit te doorkruisen.

Er werden achtereenvolgens drie breukstadia gepompt. De eerste richtte zich op de gehele open gatlengte van de put (de onderste 200 meter die niet waren afgedekt). Die behandeling was slickwater (wrijvingsarm water). 4,261 bbl (~179,000 gallon) werd gepompt met snelheden tot 50 bpm (2100 gpm). Na een korte afsluiting liet men de put terugstromen bij temperaturen van ongeveer 220°F.

De volgende fase omvatte het pompen van glad water met snelheden tot 35 bpm door een 20 meter lang stuk boorbuis dat was geperforeerd met 120 gevormde ladingen om toegang te verschaffen tot de formatie via de boorbuis en de cementmantel. Er werd 2,777 vaten glad water opgepompt; en toen stroomde de put terug.

In de laatste fase werd 3,016 bbl verknoopte (viskeuze) vloeistof door de geperforeerde behuizing gepompt met snelheden tot 35 bpm. Er werd microproppant gepompt. In de toekomst zullen evaluaties worden uitgevoerd om de noodzaak en haalbaarheid van het stutten van breuken te beoordelen om de geleidbaarheid van de gecreëerde breuken te garanderen.

Voorlopige verwerking van de derde fase suggereert pseudo-radiale fractuurgroei rond de put in het midden. Dit bevordert een scheiding tussen de bestaande injecteur en de toekomstige producent in de orde van 300 meter. Een commercieel scenario kan een grotere compensatie vereisen dan dit; Dit experimentele programma moet echter eerst de mogelijkheid vaststellen om twee aangrenzende putten met elkaar te verbinden door middel van hydraulisch breken.

Vraag 6. Wat is het potentieel voor commerciële toepassing?

In een commerciële omgeving zou een groot aantal hydraulische breuken ontstaan ​​om putten met elkaar te verbinden. In het FORGE-veldlaboratorium zal de lengte van de laterale worden besteed aan het testen van nieuwe technologieën. Deze omvatten methoden voor het bepalen van reservoirkarakteristieken, hydraulische breuk- en perforatietechnieken, conformiteit – nominaal gelijke stroming door elke hydraulische breuk, en de kenmerken van het circuleren door deze breuknetwerken en de snelheid waarmee thermische uitputting wordt ervaren. Onderzoekscontracten worden verhuurd aan andere partijen (universiteiten, nationale laboratoria, industriële entiteiten) om deze technologieën te ontwikkelen en uit te testen bij FORGE.

In een commerciële EGS-omgeving zou koud water worden geïnjecteerd en door de reeks hydraulisch gecreëerde breuken stromen, waarbij daarbij warmte wordt verkregen. Het hete water zou via de productieput naar boven komen. Aan de oppervlakte zou standaard geothermische technologie worden geïmplementeerd voor de opwekking van elektriciteit (een organische Rankine-cyclus (ORC) -installatie, die gebruik maakt van een secundaire organische werkvloeistof die tot damp wordt geflitst om een ​​turbine/generator aan te drijven; of direct tot stoom te flashen). Het geproduceerde water wordt, nadat de warmte is onttrokken, gerecirculeerd.

De FORGE-site zal geen energieproducent zijn. Het is bedoeld om te worden gebruikt voor het testen en ontwikkelen van technologieën die de commercialisering van dit soort geothermische energie zullen bevorderen. Succes draait om technologische ontwikkeling. Er zijn al aanzienlijke vorderingen gemaakt door het bevorderen van de toepassing van polykristallijne diamantcompact bits (PDC) die een dramatische toename van de penetratiesnelheid mogelijk maken. Evaluatieprotocollen van ondergrondse metingen en training van al het personeel op de boorlocatie hebben de booreconomie van dit geothermische project verbeterd.

Het lijkt erop dat hydraulisch breken effectief kan worden uitgevoerd, maar de echte test ligt in de circulatie-efficiëntie en warmteterugwinning nadat de productieput is geboord.

EGS-succes hier kan elders worden toegepast. Overweeg het gebruik van hydraulisch breken voor hybride EGS-toepassingen waarbij conventionele toepassingen het geothermische equivalent van een droog gat tegenkwamen – natuurlijke breuken werden niet aangetroffen tijdens het boren, maar zouden door breuken kunnen worden doorsneden.

Succes bij FORGE betekent het testen van technologieën die anders niet in overweging zouden worden genomen, het doorgeven van levensvatbare technologieën aan de particuliere industrie en het aanmoedigen van de geothermische ontwikkeling in het algemeen.