ระบบความร้อนใต้พิภพที่ปรับปรุงแล้วใช้เทคโนโลยีน้ำมันและก๊าซในการขุดพลังงานคาร์บอนต่ำ ส่วนที่ 2.

กระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE) ได้ให้ทุนสนับสนุนโครงการที่เรียกว่า FORGE ซึ่งจะเจาะและแยกหินแกรนิตร้อนโดยใช้เทคโนโลยีน้ำมันและก๊าซที่ดีที่สุด เป้าหมายโดยรวมคือการดูว่าน้ำที่สูบลงหลุมหนึ่งสามารถหมุนเวียนผ่านหินแกรนิตและทำให้ร้อนก่อนที่จะสูบน้ำในบ่อที่สองเพื่อขับเคลื่อนกังหันที่ผลิตกระแสไฟฟ้าได้หรือไม่

John McLennan ภาควิชาวิศวกรรมเคมี University of Utah เป็นผู้ตรวจสอบร่วมสำหรับโครงการ DOE นี้ การนำเสนอการสัมมนาผ่านเว็บในหัวข้อนี้ได้รับการสนับสนุนโดย NSI เมื่อวันที่ 6 เมษายน พ.ศ. 2022: Frontier หอดูดาวเพื่อการวิจัยพลังงานความร้อนใต้พิภพ (FORGE): การปรับปรุงและ Lookahead

ส่วนที่ 1 ตอบคำถามเหล่านี้ ถึงจอห์น แม็คเลนแนน:

ไตรมาสที่ 1 คุณสามารถให้ประวัติโดยย่อของพลังงานความร้อนใต้พิภพได้หรือไม่?

ไตรมาสที่ 2 ระบบความร้อนใต้พิภพที่ได้รับการปรับปรุงคืออะไร และมีการใช้ fracking ที่ไหน

ไตรมาสที่ 3 บอกเราเกี่ยวกับไซต์ของโครงการ FORGE ในยูทาห์ และเหตุใดจึงได้รับเลือก

บทความนี้เป็นส่วนที่ 2 ซึ่งตอบคำถามเพิ่มเติมสามข้อด้านล่าง:

ไตรมาสที่ 4 การออกแบบพื้นฐานของหลุมฉีดและการผลิตคืออะไร?

จนถึงปัจจุบันมีการขุดเจาะบ่อน้ำจำนวน XNUMX หลุม หลุมเหล่านี้ห้าหลุมเป็นหลุมตรวจสอบเจาะแนวตั้ง ซึ่งสอดคล้องกับกลยุทธ์ของการเป็นห้องปฏิบัติการภาคสนาม สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกและ geophones ในหลุมตรวจสอบสามารถแมปการเจริญเติบโตตามลำดับเวลาของการแตกหักของไฮดรอลิกที่เชื่อมระหว่างบ่อน้ำฉีด ซึ่งได้รับการเจาะแล้ว และหลุมผลิตที่กำลังจะมีขึ้น

เจาะหลุมฉีดที่ความลึกที่วัดได้ 10,987 ฟุต (ความลึกตามแนวตั้งจริงที่ 8520 ฟุต±ต่ำกว่าระดับพื้นดิน) ทำให้เกิดการขุดเจาะในแนวตั้ง จากนั้นจึงสร้างส่วนโค้งที่เจาะ 5°/100 ฟุต และสุดท้ายรักษาแนวด้านข้างที่ 65° กับแนวตั้ง ประมาณ 4,300 ฟุตในแอซิมัททางตะวันออกเฉียงใต้ (N105E) ทิศทางนี้สนับสนุนการแตกหักของไฮดรอลิกที่ตามมาในมุมฉากกับบ่อน้ำ

หลังจากเจาะ หลุมทั้งหมดยกเว้นด้านล่างสุด 200 ฟุตถูกใส่กล่อง (ปลอกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 นิ้วที่ใหญ่กว่าถูกใช้เพื่อเคลื่อนย้ายน้ำปริมาณมากโดยมีแรงเสียดทานจำกัดและการสูญเสียการสูบน้ำจากปรสิต) และประสานกับพื้นผิว (เพื่อแยกพื้นที่วงแหวนด้วยไฮดรอลิก) .

Q5. คุณช่วยสรุปวิธีการรักษาด้วย frac ทั้งสามแบบในการฉีดและผลลัพธ์ได้หรือไม่

ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2022 มีการปั๊มกระดูกหักด้วยไฮดรอลิกสามครั้งใกล้กับปลายเท้า (นิ้วเท้า) ของหลุมฉีด Geophones ในสามหลุม เครื่องมือวัดพื้นผิว และเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสง downhole ให้มุมมองของรูปทรงการแตกหักที่พัฒนาขึ้นในระหว่างการสูบน้ำ จากการตีความของรูปทรงการแตกหักเหล่านี้ หลุมผลิตต่อไปจะถูกเจาะเพื่อตัดกลุ่มเมฆที่มีระดับจุลภาคเหล่านี้

สามขั้นตอนการแตกหักถูกสูบอย่างต่อเนื่อง เป้าหมายแรกมุ่งเป้าไปที่ความยาว openhole ทั้งหมดของบ่อน้ำ (ด้านล่าง 200 ฟุตที่ยังไม่ได้หุ้ม) การบำบัดนั้นเป็นน้ำลื่น (น้ำลดแรงเสียดทาน) 4,261 bbl (~179,000 แกลลอน) ถูกสูบที่อัตราสูงถึง 50 bpm (2100 gpm) หลังจากปิดในเวลาสั้นๆ บ่อน้ำก็ไหลกลับมาที่อุณหภูมิประมาณ 220 องศาฟาเรนไฮต์

ขั้นต่อไปเกี่ยวข้องกับการสูบน้ำ slickwater ในอัตราสูงถึง 35 bpm ผ่านส่วนท่อยาว 20 ฟุตซึ่งถูกเจาะรูด้วยประจุรูปทรง 120 เพื่อให้สามารถเข้าถึงชั้นหินผ่านปลอกและปลอกซีเมนต์ สูบน้ำโคลน 2,777 บาร์เรล แล้วบ่อน้ำก็ไหลกลับ

ขั้นตอนสุดท้ายประกอบด้วยของเหลวเชื่อมขวาง (ความหนืด) 3,016 บาร์เรลที่ถูกสูบผ่านปลอกที่มีรูพรุนในอัตราสูงถึง 35 ครั้งต่อนาที ไมโครโพรเพนท์ถูกสูบ ในอนาคต จะมีการประเมินเพื่อประเมินความจำเป็นและความอยู่รอดของการประคองกระดูกหักเพื่อให้แน่ใจว่าการนำไฟฟ้าของกระดูกหักที่สร้างขึ้น

การประมวลผลเบื้องต้นของระยะที่สามแสดงให้เห็นการเติบโตของการแตกหักแบบหลอกในแนวรัศมีรอบบ่อน้ำตรงกลาง สิ่งนี้สนับสนุนการแยกระหว่างหัวฉีดที่มีอยู่และผู้ผลิตในอนาคตตามลำดับ 300 ฟุต สถานการณ์เชิงพาณิชย์อาจต้องการการชดเชยมากกว่านี้ อย่างไรก็ตาม โปรแกรมทดลองนี้จำเป็นต้องสร้างความสามารถในการเชื่อมต่อบ่อน้ำสองบ่อที่อยู่ติดกันกับการแตกหักด้วยไฮดรอลิกก่อน

Q6. ศักยภาพในการใช้งานเชิงพาณิชย์คืออะไร?

ในการตั้งค่าเชิงพาณิชย์ จะมีการแตกหักของไฮดรอลิกจำนวนมากเพื่อเชื่อมต่อบ่อน้ำ ที่ห้องปฏิบัติการภาคสนามของ FORGE ความยาวของด้านข้างจะใช้เพื่อทดสอบเทคโนโลยีใหม่ ซึ่งรวมถึงวิธีการกำหนดคุณลักษณะของอ่างเก็บน้ำ เทคนิคการแตกหักของไฮดรอลิกและการเจาะทะลุ ความสอดคล้อง – การไหลที่เท่ากันในนามผ่านการแตกหักของไฮดรอลิกแต่ละครั้ง และลักษณะของการหมุนเวียนผ่านเครือข่ายการแตกหักเหล่านี้ และอัตราการเกิดการสูญเสียจากความร้อน สัญญาการวิจัยอนุญาตให้ฝ่ายอื่น ๆ (มหาวิทยาลัย ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ หน่วยงานอุตสาหกรรม) พัฒนาเทคโนโลยีเหล่านี้และทดสอบเทคโนโลยีเหล่านี้ที่ FORGE

ในการตั้งค่า EGS เชิงพาณิชย์ น้ำเย็นจะถูกฉีดเข้าไปและผ่านรอยร้าวที่สร้างด้วยไฮดรอลิก ทำให้เกิดความร้อนในกระบวนการ น้ำร้อนจะถูกผลิตขึ้นสู่ผิวน้ำผ่านบ่อผลิต ที่พื้นผิว เทคโนโลยีความร้อนใต้พิภพมาตรฐานจะถูกนำไปใช้สำหรับการผลิตไฟฟ้า (โรงงานออร์แกนิกวัฏจักรแรงคิน (ORC) โดยใช้สารทำงานอินทรีย์รองที่วาบเป็นไอเพื่อขับเคลื่อนกังหัน/เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือ วาบไฟโดยตรงไปยังไอน้ำ) น้ำที่ผลิตได้หลังจากนำความร้อนออกแล้วจะถูกหมุนเวียนซ้ำ

ไซต์ FORGE จะไม่เป็นผู้ผลิตไฟฟ้า มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ในการทดสอบและพัฒนาเทคโนโลยีที่จะส่งเสริมการค้าพลังงานความร้อนใต้พิภพประเภทนี้ ศูนย์ความสำเร็จอยู่ที่การพัฒนาเทคโนโลยี ความก้าวหน้าที่สำคัญได้เกิดขึ้นแล้วโดยการส่งเสริมการใช้เม็ดมีดขนาดกะทัดรัด (PDC) ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราการเจาะได้อย่างมาก โปรโตคอลการประเมินของการตรวจวัดใต้ผิวดินและการฝึกอบรมบุคลากรของแท่นขุดเจาะทั้งหมดได้ปรับปรุงเศรษฐศาสตร์การขุดเจาะของโครงการความร้อนใต้พิภพนี้

ดูเหมือนว่าการแตกหักของไฮดรอลิกสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่การทดสอบที่แท้จริงนั้นอยู่ที่ประสิทธิภาพการไหลเวียนและการนำความร้อนกลับคืนมาหลังจากเจาะหลุมผลิตแล้ว

ความสำเร็จของ EGS ที่นี่อาจถูกนำไปใช้ที่อื่น พิจารณาใช้การแตกหักแบบไฮดรอลิกสำหรับการใช้งาน EGS แบบไฮบริด ซึ่งการใช้งานแบบเดิมต้องเผชิญกับความร้อนใต้พิภพที่เทียบเท่ากับรูแห้ง – ไม่มีการแตกหักตามธรรมชาติระหว่างการเจาะ แต่สามารถตัดกันได้ด้วยการแตกหัก

ความสำเร็จที่ FORGE หมายถึงการทดสอบเทคโนโลยีที่ไม่ได้รับการพิจารณา ส่งต่อเทคโนโลยีที่ใช้งานได้ไปยังอุตสาหกรรมส่วนตัว และสนับสนุนการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพโดยรวม