Täiustatud geotermiline süsteem kasutab vähese süsinikdioksiidiheitega energia kaevandamiseks nafta- ja gaasitehnoloogiat. 2. osa.

USA energeetikaministeerium (DOE) on rahastanud projekti nimega FORGE, mille käigus puuritakse ja purustatakse kuuma graniitkivi, kasutades parimat nafta- ja gaasitehnoloogiat. Üldine eesmärk on näha, kas ühest kaevust alla pumbatud vett saab läbi graniidi tsirkuleerida ja soojendada enne teise kaevu ülespumpamist, et juhtida elektrit tootvaid turbiine.

John McLennan, Utah' ülikooli keemiatehnika osakond, on selle DOE projekti kaasuurija. Selleteemalist veebiseminari ettekannet sponsoreeris NSI 6. aprillil 2022: Frontier geotermilise energia uurimise vaatluskeskus (FORGE): värskendus ja ettevaade

1. osas käsitleti neid küsimusi John McLennanile:

Q1. Kas saate anda lühikese geotermilise energia ajaloo?

Q2. Mis on täiustatud geotermilised süsteemid ja kus kasutatakse frakkimist?

Q3. Rääkige meile projekti FORGE asukohast Utahis ja miks see välja valiti.

See kirjutis on 2. osa, mis käsitleb kolme allolevat lisaküsimust.

Q4. Mis on sissepritse- ja tootmiskaevude põhikonstruktsioon?

Praeguseks on puuritud kuus kaevu. Neist viis kaevu on vertikaalselt puuritud seirekaevud, mis on kooskõlas välilaboriks olemise strateegiaga. Seirekaevude fiiberoptilised kaablid ja geofonid suudavad kaardistada puuritud süstekaevu ja tulevast tootmiskaevu ühendavate hüdromurdude kronoloogilise kasvu.

Süstimiskaev puuriti mõõdetud sügavusele 10,987 8520 jalga (tegelik vertikaalne sügavus 5 jalga ± maapinnast allpool). See hõlmas puurimist vertikaalselt ja seejärel kõvera lõigu ehitamist 100°/65 puuritud jalaga ning lõpuks külgsuuna hoidmist vertikaali suhtes 4,300° nurga all umbes 105 jala asimuudis idast lõuna pool (NXNUMXE). See suund soodustab järgnevaid hüdraulilisi murdeid, mis on kaevu suhtes risti.

Pärast puurimist kaevuti kogu kaev peale kõige alumise 200 jalga (suurema läbimõõduga 7-tollist korpust kasutati märkimisväärse koguse vee liigutamiseks piiratud hõõrdumise ja parasiitide pumpamiskadudega) ja tsementeeriti pinnale (rõngakujulise ruumi hüdrauliliseks isoleerimiseks) .

K5. Kas saaksite kokkuvõtlikult teha süstimiskaevus olevad kolm murderavi ja nende tulemused?

2022. aasta aprillis pumbati süstekaevu alajäsemete (varba) lähedale kolm hüdraulilist murru. Kolmes süvendis olevad geofonid, pinnamõõteriistad ja aukudega fiiberoptilised andurid pakuvad vaadet pumpamise ajal muutuvatele murdude geomeetriale. Nende murdude geomeetriate tõlgendamise põhjal puuritakse järgmiseks tootmiskaev, et need mikroseismilisuse pilved lõikuvad.

Pumbati järjest kolm luumurru etappi. Esimene oli suunatud kogu kaevu avatud augu pikkusele (alumine 200 jalga, mis ei olnud karpi). See töötlemine oli libevesi (vähendatud hõõrdumisega vesi). 4,261 bbl (~ 179,000 50 gal) pumbati kiirusega kuni 2100 bpm (220 gpm). Pärast lühiajalist sulgemist voolati kaev tagasi temperatuuril umbes XNUMX °F.

Järgmine etapp hõlmas libevee pumpamist kiirusega kuni 35 lööki minutis läbi 20 jala pikkuse kestaosa, mis oli perforeeritud 120 kujulise laenguga, et tagada juurdepääs kihistusele läbi kesta ja tsementkesta. pumbati 2,777 bbl libevett; ja siis valati kaev tagasi.

Viimases etapis pumbati läbi perforeeritud korpuse 3,016 bbl ristseotud (viskoositud) vedelikku kiirusega kuni 35 lööki minutis. Mikropropant pumbati. Edaspidi tehakse hinnanguid toestusmurdude vajalikkuse ja elujõulisuse hindamiseks, et tagada tekkinud murdude juhtivus.

Kolmanda etapi esialgne töötlemine viitab pseudoradiaalsele murru kasvule, keskel asuva kaevu ümber. See soodustab eraldamist olemasoleva pihusti ja tulevase tootja vahel suurusjärgus 300 jalga. Kaubanduslik stsenaarium võib nõuda suuremat kompensatsiooni kui see; see katseprogramm peab aga esmalt looma võimaluse ühendada kaks kõrvuti asetsevat kaevu hüdraulilise purustamisega.

K6. Milline on kaubandusliku rakenduse potentsiaal?

Kaubanduslikus keskkonnas luuakse kaevude ühendamiseks palju hüdraulilisi murde. FORGE välilaboris pühendatakse külje pikkus uute tehnoloogiate katsetamisele. Nende hulka kuuluvad meetodid reservuaari karakteristikute määramiseks, hüdraulilise purustamise ja perforeerimise tehnikad, vastavus – nominaalselt võrdne vool läbi iga hüdraulilise murru ning nende murdevõrkude kaudu tsirkulatsiooni omadused ja termilise ammendumise kiirus. Teaduslepingud antakse teistele osapooltele (ülikoolid, riiklikud laborid, tööstusüksused) nende tehnoloogiate väljatöötamiseks ja FORGE-s katsetamiseks.

Kaubandusliku EGS-i seadistuses süstitakse külma vett, mis läbib hüdrauliliselt tekitatud murde, omandades protsessi käigus soojust. Soe vesi toodetakse pinnale läbi tootmiskaevu. Pinnal rakendataks elektrienergia tootmiseks standardset geotermilist tehnoloogiat (orgaanilise Rankine'i tsükli (ORC) tehas, mis kasutab sekundaarset orgaanilist töövedelikku, mis aurustatakse turbiini/generaatori käivitamiseks või otsest aurustamist). Toodetud vesi suunatakse pärast soojuse väljavõtmist tagasi.

FORGE sait ei ole elektritootja. Seda kavatsetakse kasutada tehnoloogiate katsetamiseks ja arendamiseks, mis soodustavad seda tüüpi geotermilise energia turustamist. Edu keskendub tehnoloogia arengule. Juba on tehtud olulisi edusamme polükristalliliste teemantkompaktsete bittide (PDC) kasutamise edendamisel, mis võimaldavad oluliselt suurendada läbitungimiskiirust. Maa-aluste mõõtmiste hindamisprotokollid ja kogu puurplatvormi personali koolitamine on parandanud selle geotermilise projekti puurimisökonoomikat.

Näib, et hüdraulilist purustamist saab tõhusalt läbi viia, kuid tõeline test seisneb tsirkulatsiooni efektiivsuses ja soojuse taaskasutamises pärast tootmiskaevu puurimist.

Siinset EGS-i edu saab rakendada mujal. Kaaluge hüdraulilise purustamise kasutamist hübriidsete EGS-rakenduste jaoks, kus tavapärased rakendused on kohanud kuiva augu geotermilist ekvivalenti – puurimisel ei esinenud looduslikke purunemisi, kuid murdumine võib neid ristuda.

Edu FORGE-s tähendab selliste tehnoloogiate testimist, mida muidu arvesse ei tuleks, elujõuliste tehnoloogiate üleandmist eratööstusele ja üldise geotermilise arengu soodustamist.