Vylepšený geotermální systém využívá technologii ropy a zemního plynu k těžbě nízkouhlíkové energie. Část 2.

Americké ministerstvo energetiky (DOE) financovalo projekt nazvaný FORGE, kde se bude vrtat a frakovat horká žulová skála za použití nejlepší technologie ropy a zemního plynu. Celkovým cílem je zjistit, zda voda čerpaná z jedné studny může cirkulovat skrz žulu a ohřívat ji před přečerpáním druhé studny pro pohon turbín, které vyrábějí elektřinu.

John McLennan, Katedra chemického inženýrství, University of Utah, je spoluřešitelem tohoto projektu DOE. Webinářovou prezentaci na toto téma sponzorovala NSI 6. dubna 2022: Fobservatoř rontier pro výzkum geotermální energie (FORGE): Aktualizace a výhled

Část 1 se zabývala těmito otázkami pro Johna McLennana:

Q1. Můžete poskytnout stručnou historii geotermální energie?

Q2. Co jsou vylepšené geotermální systémy a kde se používá frakování?

Q3. Řekněte nám o místě projektu FORGE v Utahu a proč byl vybrán.

Tento zápis je část 2, která se zabývá třemi dalšími otázkami níže:

Q4. Jaká je základní konstrukce vstřikovacích a těžebních vrtů?

K dnešnímu dni bylo vyvrtáno šest vrtů. Pět z těchto vrtů jsou vertikálně vrtané monitorovací vrty, což je v souladu se strategií polní laboratoře. Optické kabely a geofony v monitorovacích vrtech mohou mapovat chronologický růst hydraulických zlomů propojujících injekční vrt, který byl vrtán, a připravovaný těžební vrt.

Injektážní vrt byl vyvrtán do naměřené hloubky 10,987 8520 ft (skutečná vertikální hloubka 5 100 ft ± pod úrovní terénu). To znamenalo vrtání svisle a pak vybudování zakřivené části na 65°/4,300 ft vrtané a nakonec udržování laterálu pod úhlem 105° k vertikále, po dobu asi XNUMX XNUMX stop v azimutu jižně od východu (NXNUMXE). Tento směr upřednostňuje následné hydraulické zlomy, které jsou ortogonální k vrtu.

Po vyvrtání bylo všech 200 stop vrtu kromě nejspodnějších opláštěno (pouzdro o větším průměru 7 palců bylo použito k přesunu značného množství vody s omezeným třením a parazitními čerpacími ztrátami) a cementováno k povrchu (k hydraulické izolaci prstencového prostoru) .

Q5. Mohl byste dobře shrnout tři ošetření frac v injekci a jejich výsledky?

V dubnu 2022 byly čerpány tři hydraulické lomy v blízkosti dolních končetin (špičky) injekčního vrtu. Geofony ve třech vrtech, povrchové vybavení a hloubkové optické senzory poskytují pohled na vyvíjející se geometrii puklin během čerpání. Na základě interpretace těchto puklinových geometrií bude dále vyvrtán těžební vrt, který protne tato oblaka mikroseismicity.

Byly čerpány tři lomové stupně za sebou. První se zaměřila na celou délku otevřeného otvoru studny (spodních 200 stop, které nebyly zakryty). Touto úpravou byla slickwater (voda se sníženým třením). 4,261 179,000 bbl (~ 50 2100 gal) bylo čerpáno rychlostí až 220 bpm (XNUMX XNUMX gpm). Po krátkém uzavření byla studna vypuštěna zpět při teplotách asi XNUMX °F.

Další fáze zahrnovala čerpání hladké vody rychlostí až 35 tepů za minutu přes 20 stop dlouhou sekci pláště, která byla perforována 120 tvarovanými náplněmi, aby se zajistil přístup k formaci přes plášť a cementový plášť. Bylo čerpáno 2,777 XNUMX barelů hladké vody; a pak byla studna tečena zpět.

Konečná fáze zahrnovala 3,016 35 barelů zesíťované (viskozifikované) tekutiny čerpané skrz perforované pouzdro rychlostí až XNUMX bpm. Mikropropant byl čerpán. V budoucnu budou provedena hodnocení k posouzení nezbytnosti a životaschopnosti podpěrných lomů pro zajištění vodivosti vytvořených lomů.

Předběžné zpracování třetí fáze naznačuje růst pseudoradiální zlomeniny kolem jamky ve středu. To upřednostňuje oddělení mezi stávajícím vstřikovačem a budoucím výrobcem v řádu 300 stop. Komerční scénář může vyžadovat větší kompenzaci; tento experimentální program však musí nejprve stanovit schopnost propojit dva sousední vrty pomocí hydraulického štěpení.

Q6. Jaký je potenciál pro komerční využití?

V komerčním prostředí by se vytvořilo velké množství hydraulických zlomů, které by propojily studny. V polní laboratoři FORGE bude délka laterálu věnována testování nových technologií. Patří mezi ně metody pro stanovení charakteristik nádrže, techniky hydraulického štěpení a perforace, konformita – nominálně stejný průtok každou hydraulickou puklinou a charakteristiky cirkulace těmito puklinovými sítěmi a rychlost, s jakou dochází k tepelnému vyčerpání. Výzkumné zakázky jsou ponechány dalším stranám (univerzitám, národním laboratořím, průmyslovým subjektům), aby tyto technologie vyvinuly a otestovaly ve FORGE.

V komerčním prostředí EGS by byla vstřikována studená voda a procházela by řadou hydraulicky vytvořených zlomů, přičemž by v procesu získávala teplo. Teplá voda by vycházela na povrch přes těžební vrt. Na povrchu by byla implementována standardní geotermální technologie pro výrobu elektřiny (organické zařízení s Rankinovým cyklem (ORC) využívající sekundární organickou pracovní tekutinu, která je přeměněna na páru, aby poháněla turbínu/generátor; nebo přímé přepouštění na páru). Vyrobená voda je po odvedení tepla recirkulována.

Stránka FORGE nebude výrobcem elektřiny. Je určena k testování a vývoji technologií, které podpoří komercializaci tohoto typu geotermální energie. Úspěch se soustředí na vývoj technologií. Již bylo dosaženo významného pokroku podporou použití polykrystalických diamantových kompaktních bitů (PDC), které umožňují dramatické zvýšení rychlosti pronikání. Hodnotící protokoly podpovrchových měření a školení všech pracovníků vrtné plošiny zlepšily ekonomiku vrtání tohoto geotermálního projektu.

Zdá se, že hydraulické štěpení lze účinně provádět – ale skutečný test spočívá v účinnosti oběhu a rekuperaci tepla po vyvrtání těžebního vrtu.

Úspěch EGS zde lze uplatnit jinde. Zvažte použití hydraulického štěpení pro hybridní aplikace EGS, kde se konvenční aplikace setkaly s geotermálním ekvivalentem suchého vrtu – přirozené lomy se během vrtání nevyskytly, ale mohly být protnuty lomem.

Úspěch ve FORGE znamená testování technologií, které by jinak nepřicházely v úvahu, předávání životaschopných technologií soukromému průmyslu a celkově podporu geotermálního rozvoje.