Sistem Geoterma Yang Dipertingkatkan Menggunakan Teknologi Minyak Dan Gas Untuk Melombong Tenaga Karbon Rendah. Bahagian 2.

Jabatan Tenaga AS (JAS) telah membiayai projek yang dipanggil FORGE di mana batu granit panas akan digerudi dan dipecah menggunakan teknologi minyak dan gas terbaik. Matlamat keseluruhan adalah untuk melihat sama ada air yang dipam ke bawah satu telaga boleh diedarkan melalui granit dan dipanaskan sebelum dipam ke atas telaga kedua untuk memacu turbin yang menjana elektrik.

John McLennan, Jabatan Kejuruteraan Kimia, Universiti Utah, ialah penyiasat utama bersama untuk projek DOE ini. Pembentangan webinar mengenai topik ini telah ditaja oleh NSI pada 6 April 2022: FBalai Cerap rontier untuk Penyelidikan dalam Tenaga Geoterma (FORGE): Kemas Kini dan Pandangan Ke Hadapan

Bahagian 1 menjawab soalan-soalan ini kepada John McLennan:

S1. Bolehkah anda memberikan sejarah ringkas tenaga geoterma?

S2. Apakah sistem geoterma dipertingkatkan, dan di manakah fracking digunakan?

S3. Beritahu kami tentang tapak projek FORGE di Utah dan sebab ia dipilih.

Tulisan ini ialah Bahagian 2, yang menjawab tiga soalan tambahan di bawah:

S4. Apakah reka bentuk asas telaga suntikan dan pengeluaran?

Enam telaga telah digerudi sehingga kini. Lima daripada telaga ini adalah telaga pemantauan yang digerudi menegak, yang konsisten dengan strategi menjadi makmal lapangan. Kabel gentian optik dan geofon dalam telaga pemantauan boleh memetakan pertumbuhan kronologi keretakan hidraulik yang menghubungkan telaga suntikan, yang telah digerudi, dan telaga pengeluaran yang akan datang.

Telaga suntikan telah digerudi pada kedalaman terukur 10,987 kaki (kedalaman menegak sebenar 8520 kaki ± di bawah paras tanah). Ini memerlukan penggerudian secara menegak dan kemudian membina bahagian melengkung pada 5°/100 kaki yang digerudi, dan akhirnya mengekalkan sisi pada 65° ke menegak, selama kira-kira 4,300 kaki dalam azimut hanya di selatan timur (N105E). Arah ini memihak kepada patah hidraulik berikutnya yang berbentuk ortogon dengan telaga.

Selepas penggerudian, semua kecuali 200 kaki telaga paling bawah telah ditutup (selongsong diameter 7 inci yang lebih besar digunakan untuk memindahkan kuantiti air yang ketara dengan geseran terhad dan kehilangan pengepaman parasit) dan disimen ke permukaan (untuk mengasingkan ruang anulus secara hidraulik) .

S5. Bolehkah anda meringkaskan tiga rawatan frac dalam suntikan dengan baik dan keputusannya?

Pada April 2022, tiga patah hidraulik telah dipam berhampiran bahagian bawah kaki (jari kaki) telaga suntikan. Geofon dalam tiga telaga, instrumentasi permukaan dan penderia gentian optik lubang bawah memberikan pandangan tentang geometri patah yang berkembang semasa mengepam. Berdasarkan tafsiran geometri patah ini, telaga pengeluaran seterusnya akan digerudi untuk memotong awan mikroseismicity ini.

Tiga peringkat patah telah dipam secara berturut-turut. Yang pertama menyasarkan keseluruhan panjang lubang terbuka telaga (200 kaki bawah yang belum ditutup). Rawatan itu adalah slickwater (air yang dikurangkan geseran). 4,261 bbl (~179,000 gal) telah dipam pada kadar sehingga 50 bpm (2100 gpm). Selepas ditutup sebentar, telaga itu dialirkan kembali pada suhu kira-kira 220°F.

Peringkat seterusnya melibatkan mengepam air licin pada kadar sehingga 35 bpm melalui bahagian selongsong sepanjang 20 kaki yang telah berlubang dengan 120 cas berbentuk untuk menyediakan akses kepada pembentukan melalui selongsong dan sarung simen. 2,777 bbl air licin telah dipam; dan kemudian telaga itu dialirkan kembali.

Peringkat akhir melibatkan 3,016 bbl bendalir bersilang (viskos) yang dipam melalui selongsong berlubang pada kadar sehingga 35 bpm. Mikropropan telah dipam. Pada masa hadapan, penilaian akan dibuat untuk menilai keperluan dan daya maju patah tulang sandaran untuk memastikan kekonduksian patah yang dicipta.

Pemprosesan awal peringkat ketiga mencadangkan pertumbuhan fraktur pseudo-radial, di sekitar telaga di tengah. Ini memihak kepada pemisahan antara penyuntik sedia ada dan pengeluar masa depan mengikut susunan 300 kaki. Senario komersial mungkin memerlukan pengimbangan yang lebih besar daripada ini; bagaimanapun, program eksperimen ini perlu terlebih dahulu mewujudkan keupayaan untuk menyambung dua telaga bersebelahan dengan keretakan hidraulik.

S6. Apakah potensi untuk aplikasi komersial?

Dalam suasana komersial, kepelbagaian patah hidraulik akan dicipta untuk menyambung telaga. Di makmal lapangan FORGE, panjang sisi akan ditumpukan untuk menguji teknologi baharu. Ini termasuk kaedah untuk menentukan ciri takungan, teknik rekahan dan penebuk hidraulik, pematuhan - aliran sama rata secara nominal melalui setiap patah hidraulik, dan ciri-ciri beredar melalui rangkaian patah ini dan kadar pengurangan haba yang dialami. Kontrak penyelidikan disewakan kepada pihak lain (universiti, makmal negara, entiti industri) untuk membangunkan teknologi ini dan mengujinya di FORGE.

Dalam tetapan EGS komersial, air sejuk akan disuntik dan melalui pelbagai patah yang dicipta secara hidraulik, memperoleh haba dalam proses. Air panas akan dihasilkan ke permukaan melalui telaga pengeluaran. Di permukaan, teknologi geoterma standard akan dilaksanakan untuk penjanaan elektrik (loji kitaran Rankine organik (ORC), menggunakan cecair kerja organik sekunder yang dipancarkan ke wap untuk memacu turbin/penjana; atau, berkelip terus ke stim). Air yang dihasilkan, selepas haba dikeluarkan, diedarkan semula.

Tapak FORGE tidak akan menjadi pengeluar kuasa. Ia bertujuan untuk digunakan untuk menguji dan membangunkan teknologi yang akan menggalakkan pengkomersilan tenaga geoterma jenis ini. Kejayaan berpusat di sekitar pembangunan teknologi. Sudah, kemajuan ketara telah dibuat dengan menggalakkan penggunaan bit padat berlian polihabluran (PDC) yang membolehkan peningkatan dramatik dalam kadar penembusan. Protokol penilaian pengukuran bawah permukaan dan latihan semua kakitangan tapak pelantar telah meningkatkan ekonomi penggerudian projek geoterma ini.

Nampaknya keretakan hidraulik boleh dijalankan dengan berkesan – tetapi ujian sebenar terletak pada kecekapan peredaran dan pemulihan haba selepas telaga pengeluaran digerudi.

Kejayaan EGS di sini boleh digunakan di tempat lain. Pertimbangkan untuk menggunakan keretakan hidraulik untuk aplikasi EGS hibrid di mana aplikasi konvensional telah menemui kesetaraan geoterma lubang kering - patah semula jadi tidak ditemui semasa penggerudian tetapi boleh bersilang dengan keretakan.

Kejayaan di FORGE bermakna menguji teknologi yang tidak akan dipertimbangkan sebaliknya, menyampaikan teknologi yang berdaya maju kepada industri swasta, dan menggalakkan pembangunan geoterma secara keseluruhan.