یک سیستم زمین گرمایی پیشرفته از فناوری نفت و گاز برای استخراج انرژی کم کربن استفاده می کند. قسمت 2.

وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) پروژه ای به نام FORGE را تأمین مالی کرده است که در آن سنگ گرانیت داغ با استفاده از بهترین فناوری نفت و گاز حفاری و شکسته می شود. هدف کلی این است که ببینیم آیا آب پمپاژ شده در یک چاه می تواند از طریق گرانیت به گردش در آید و قبل از پمپاژ چاه دوم برای به حرکت درآوردن توربین هایی که برق تولید می کنند، گرم شود.

جان مک لنان، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه یوتا، محقق اصلی این پروژه DOE است. یک ارائه وبینار در مورد این موضوع توسط NSI در 6 آوریل 2022 حمایت شد: Fرصدخانه rontier برای تحقیقات در انرژی زمین گرمایی (FORGE): به روز رسانی و چشم انداز

بخش 1 به این سوالات پرداخت به جان مک لنان:

Q1. آیا می توانید تاریخچه مختصری از انرژی زمین گرمایی ارائه دهید؟

Q2. سیستم های زمین گرمایی پیشرفته چیست و فرکینگ در کجا اعمال می شود؟

Q3. در مورد سایت پروژه FORGE در یوتا و دلیل انتخاب آن به ما بگویید.

این نوشته قسمت 2 است که به سه سؤال دیگر در زیر می پردازد:

Q4. طراحی اساسی چاه های تزریق و تولید چیست؟

تا به امروز شش حلقه چاه حفر شده است. پنج مورد از این چاه ها چاه های نظارتی با حفر عمودی هستند که با استراتژی آزمایشگاه صحرایی بودن مطابقت دارد. کابل‌های فیبر نوری و ژئوفون‌ها در چاه‌های مانیتورینگ می‌توانند رشد زمانی شکستگی‌های هیدرولیکی را که یک چاه تزریقی حفر شده و یک چاه تولیدی آینده را به هم متصل می‌کنند، ترسیم کنند.

چاه تزریق تا عمق اندازه گیری شده 10,987 فوت (عمق عمودی واقعی 8520 فوت ± زیر سطح زمین) حفر شد. این امر مستلزم حفاری عمودی و سپس ایجاد یک بخش منحنی در 5 درجه / 100 فوت حفاری، و در نهایت حفظ یک جانبی در 65 درجه به سمت عمودی، برای حدود 4,300 فوت در یک آزیموت درست در جنوب شرق (N105E). این جهت باعث می شود که شکستگی های هیدرولیک بعدی متعامد به چاه باشد.

پس از حفاری، تمام چاه به جز پایین ترین 200 فوت محفظه پوشانده شد (پوشش 7 اینچی با قطر بزرگتر برای جابجایی مقادیر قابل توجهی آب با اصطکاک محدود و تلفات پمپاژ انگلی استفاده شد) و به سطح سیمان شد (برای جداسازی هیدرولیکی فضای حلقوی) .

Q5. آیا می توانید سه درمان فرک در تزریق و نتایج آنها را به خوبی خلاصه کنید؟

در آوریل 2022، سه شکستگی هیدرولیک در نزدیکی اندام تحتانی (انگشت پا) چاه تزریق پمپ شد. ژئوفون ها در سه چاه، ابزار دقیق سطح، و حسگرهای فیبر نوری حفره ای، نمایی از هندسه های شکستگی در حال تکامل در طول پمپاژ را ارائه می دهند. بر اساس تفسیر این هندسه‌های شکست، چاه تولیدی در مرحله بعدی حفر می‌شود تا این ابرهای ریز لرزه‌خیزی را قطع کند.

سه مرحله شکستگی متوالی پمپاژ شد. اولین مورد تمام طول چاه باز چاه (200 فوت پایین تر که کیس نشده بود) را هدف گرفت. آن تصفیه آب روان (آب کاهش اصطکاک) بود. 4,261 bbl (~ 179,000 gal) با سرعت 50 bpm (2100 gpm) پمپ شد. پس از بسته شدن کوتاه مدت، چاه در دمای حدود 220 درجه فارنهایت به عقب برگشت.

مرحله بعدی شامل پمپاژ آب لغزنده با سرعت 35 ضربه در دقیقه از طریق یک بخش طولانی 20 فوتی از پوشش بود که با 120 بار شارژی سوراخ شده بود تا دسترسی به سازند از طریق پوشش و غلاف سیمانی فراهم شود. 2,777 بشکه آب روان پمپاژ شد. و سپس چاه به عقب جاری شد.

مرحله نهایی شامل 3,016 bbl مایع متقابل (ویسکوزیزه) بود که از طریق پوشش سوراخ شده با سرعت تا 35 bpm پمپ می شد. میکروپروپانت پمپ شد. در آینده، ارزیابی‌هایی برای ارزیابی ضرورت و قابلیت بقای شکستگی‌های نگهدارنده برای اطمینان از هدایت شکستگی‌های ایجاد شده انجام خواهد شد.

پردازش اولیه مرحله سوم حاکی از رشد شکستگی شبه شعاعی در اطراف چاه در مرکز است. این امر به جدایی بین انژکتور موجود و تولید کننده آینده در حد 300 فوت کمک می کند. یک سناریوی تجاری ممکن است به جبران بیشتر از این نیاز داشته باشد. با این حال، این برنامه آزمایشی نیاز به ایجاد توانایی اتصال دو چاه مجاور با شکست هیدرولیکی دارد.

Q6. پتانسیل کاربرد تجاری چیست؟

در یک محیط تجاری، شکستگی های هیدرولیکی متعددی برای اتصال چاه ها ایجاد می شود. در آزمایشگاه صحرایی FORGE، طول جانبی به آزمایش فناوری‌های جدید اختصاص خواهد یافت. اینها شامل روش‌هایی برای تعیین ویژگی‌های مخزن، تکنیک‌های شکست هیدرولیکی و سوراخ‌کردن، انطباق – جریان اسمی برابر از هر شکست هیدرولیکی، و ویژگی‌های گردش در این شبکه‌های شکست و سرعت کاهش حرارتی است. قراردادهای تحقیقاتی به طرف های دیگر (دانشگاه ها، آزمایشگاه های ملی، نهادهای صنعتی) واگذار می شود تا این فناوری ها را توسعه دهند و آنها را در FORGE آزمایش کنند.

در یک محیط تجاری EGS، آب سرد تزریق می شود و از میان مجموعه ای از شکستگی های هیدرولیکی ایجاد شده عبور می کند و در این فرآیند گرما به دست می آورد. آب گرم از طریق چاه تولید تولید می شود. در سطح، فناوری زمین گرمایی استاندارد برای تولید الکتریسیته (یک نیروگاه چرخه رانکین ارگانیک (ORC)، با استفاده از یک سیال عامل آلی ثانویه که به بخار تبدیل می‌شود تا توربین/ژنراتور را به حرکت درآورد؛ یا، فلاش مستقیم به بخار) اجرا می‌شود. آب تولید شده پس از خارج شدن گرما دوباره به گردش در می آید.

سایت FORGE تولید کننده برق نخواهد بود. در نظر گرفته شده است که از آن برای آزمایش و توسعه فناوری هایی استفاده شود که تجاری سازی این نوع انرژی زمین گرمایی را ترویج می کند. مراکز موفقیت حول محور توسعه فناوری است. در حال حاضر، پیشرفت های قابل توجهی با ترویج استفاده از بیت های فشرده الماس پلی کریستالی (PDC) صورت گرفته است که امکان افزایش چشمگیر در نرخ های نفوذ را فراهم می کند. پروتکل های ارزیابی اندازه گیری های زیرسطحی و آموزش تمامی پرسنل سایت دکل، اقتصاد حفاری این پروژه زمین گرمایی را بهبود بخشیده است.

به نظر می رسد که شکستگی هیدرولیکی می تواند به طور موثر انجام شود - اما آزمون واقعی در راندمان گردش خون و بازیابی گرما پس از حفر چاه تولید است.

موفقیت EGS در اینجا ممکن است در جای دیگری اعمال شود. استفاده از شکستگی هیدرولیک را برای کاربردهای هیبریدی EGS در نظر بگیرید که در آن کاربردهای معمولی با معادل زمین گرمایی یک حفره خشک مواجه شده‌اند - شکستگی‌های طبیعی در حین حفاری مشاهده نشدند، اما ممکن است با شکستگی قطع شوند.

موفقیت در FORGE به معنای آزمایش فناوری هایی است که در غیر این صورت مورد توجه قرار نمی گیرند، انتقال فناوری های قابل دوام به صنایع خصوصی و تشویق توسعه زمین گرمایی به طور کلی.