يستخدم نظام الطاقة الحرارية الجوفية المحسن تكنولوجيا النفط والغاز لتعدين الطاقة منخفضة الكربون. الجزء 2.

قامت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) بتمويل مشروع يسمى FORGE حيث سيتم حفر الصخور الجرانيتية الساخنة وتكسيرها باستخدام أفضل تقنيات النفط والغاز. الهدف العام هو معرفة ما إذا كان يمكن تدوير المياه التي يتم ضخها في بئر واحد عبر الجرانيت وتسخينها قبل ضخها في بئر ثان لتشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء.

جون ماكلينان ، قسم الهندسة الكيميائية ، جامعة يوتا ، هو الباحث الرئيسي المشارك لمشروع وزارة الطاقة هذا. تم تقديم ندوة عبر الإنترنت حول هذا الموضوع برعاية NSI في 6 أبريل 2022: Fمرصد رونييه لأبحاث الطاقة الحرارية الأرضية (FORGE): تحديث ونظرة للأمام

تناول الجزء الأول هذه الأسئلة إلى جون ماكلينان:

س 1. هل يمكنك تقديم نبذة تاريخية عن الطاقة الحرارية الجوفية؟

س 2. ما هي أنظمة الطاقة الحرارية الجوفية المحسنة ، وأين يتم تطبيق التكسير الهيدروليكي؟

س 3. أخبرنا عن موقع مشروع FORGE في ولاية يوتا ولماذا تم اختياره.

هذه الكتابة هي الجزء 2 ، والتي تتناول ثلاثة أسئلة إضافية أدناه:

س 4. ما هو التصميم الأساسي لآبار الحقن والإنتاج؟

تم حفر ستة آبار حتى الآن. خمسة من هذه الآبار محفورة عموديًا آبار مراقبة ، وهو ما يتوافق مع استراتيجية كونه مختبرًا ميدانيًا. يمكن لكابلات الألياف الضوئية والجيوفونات في آبار المراقبة رسم خريطة للنمو الزمني للكسور الهيدروليكية التي تربط بئر الحقن ، الذي تم حفره ، وبئر الإنتاج القادم.

تم حفر بئر الحقن حتى عمق قياس 10,987 قدمًا (عمق رأسي حقيقي يبلغ 8520 قدمًا ± تحت مستوى الأرض). استلزم ذلك الحفر عموديًا ثم بناء قسم منحني عند 5 درجات / 100 قدم محفور ، وأخيراً الحفاظ على جانب جانبي عند 65 درجة في الاتجاه العمودي ، لحوالي 4,300 قدم في سمت جنوب الشرق (N105E). يفضل هذا الاتجاه أن تكون الكسور الهيدروليكية اللاحقة متعامدة مع البئر.

بعد الحفر ، تم تغليف جميع البئر باستثناء الجزء السفلي منها (تم استخدام غلاف بقطر أكبر 200 بوصات لنقل كميات كبيرة من الماء مع خسائر احتكاك محدودة وضخ طفيلي) وتم تثبيتها على السطح (لعزل الفراغ الحلقي هيدروليكيًا) .

س 5. هل يمكنك تلخيص علاجات frac الثلاثة في بئر الحقن ونتائجها؟

في أبريل 2022 ، تم ضخ ثلاثة كسور هيدروليكية بالقرب من الأطراف السفلية (إصبع القدم) من بئر الحقن. توفر الجيوفونات في ثلاثة آبار ، والأجهزة السطحية ، وأجهزة استشعار الألياف الضوئية في قاع البئر رؤية لأشكال الكسور المتطورة أثناء الضخ. بناءً على تفسير هذه الأشكال الهندسية للكسر ، سيتم حفر بئر الإنتاج بعد ذلك لتقاطع هذه السحب من microseismicity.

تم ضخ ثلاث مراحل كسر متتالية. الأولى استهدفت طول البئر المكشوف بالكامل (أقل 200 قدم لم يتم تغليفه). كان هذا العلاج عبارة عن ماء زلق (مياه مخففة للاحتكاك). تم ضخ 4,261 برميل (~ 179,000 جالون) بمعدلات تصل إلى 50 نبضة في الدقيقة (2100 جالون في الدقيقة). بعد الإغلاق لفترة وجيزة ، تم إعادة تدفق البئر عند درجات حرارة حوالي 220 درجة فهرنهايت.

تضمنت المرحلة التالية ضخ المياه الزلقة بمعدلات تصل إلى 35 نبضة في الدقيقة من خلال جزء طوله 20 قدمًا من الغلاف الذي تم ثقبه بـ 120 شحنة مشكلة لتوفير الوصول إلى التكوين من خلال الغلاف وغمد الأسمنت. تم ضخ 2,777 برميل من المياه الزلقة ؛ ثم تدفقت البئر إلى الوراء.

تضمنت المرحلة النهائية 3,016،35 برميلًا من السوائل المتشابكة (اللزوجة) التي يتم ضخها من خلال الغلاف المثقوب بمعدلات تصل إلى XNUMX نبضة في الدقيقة. تم ضخ Microppant. في المستقبل ، سيتم إجراء تقييمات لتقييم ضرورة وجدوى دعم الكسور لضمان توصيل الكسور التي تم إنشاؤها.

تشير المعالجة الأولية للمرحلة الثالثة إلى نمو الكسر الشعاعي الزائف ، حول البئر في المركز. يفضل هذا الفصل بين الحاقن الحالي والمنتج المستقبلي بترتيب 300 قدم. قد يتطلب السيناريو التجاري إزاحة أكبر من هذا ؛ ومع ذلك ، يحتاج هذا البرنامج التجريبي أولاً إلى تحديد القدرة على ربط بئرين متجاورين بالتكسير الهيدروليكي.

س 6. ما هي احتمالات التطبيق التجاري؟

في بيئة تجارية ، سيتم إنشاء العديد من الكسور الهيدروليكية لربط الآبار. في مختبر FORGE الميداني ، سيتم تخصيص الطول الجانبي لاختبار التقنيات الجديدة. وتشمل هذه الطرق لتحديد خصائص المكمن ، وتقنيات التكسير والتثقيب الهيدروليكي ، والتوافق - التدفق المتساوي اسميًا عبر كل كسر هيدروليكي ، وخصائص التدوير عبر شبكات التصدع هذه ومعدل الاستنفاد الحراري. يُسمح لعقود البحث للأطراف الأخرى (الجامعات والمختبرات الوطنية والكيانات الصناعية) لتطوير هذه التقنيات واختبارها في FORGE.

في بيئة EGS التجارية ، سيتم حقن الماء البارد وتمر عبر مجموعة الكسور التي تم إنشاؤها هيدروليكيًا ، مما يكتسب الحرارة في هذه العملية. سيتم إنتاج الماء الساخن على السطح من خلال بئر الإنتاج. على السطح ، سيتم تنفيذ تقنية الحرارة الجوفية القياسية لتوليد الكهرباء (محطة دورة رانكين العضوية (ORC) ، باستخدام مائع عمل عضوي ثانوي يتم وميضه إلى بخار لتشغيل التوربينات / المولد ؛ أو اللمعان المباشر للبخار). يتم إعادة تدوير المياه المنتجة بعد إخراج الحرارة.

لن يكون موقع FORGE منتجًا للطاقة. الغرض منه هو استخدامه لاختبار وتطوير التقنيات التي من شأنها تعزيز تسويق هذا النوع من الطاقة الحرارية الأرضية. مراكز النجاح حول تطوير التكنولوجيا. بالفعل ، تم إحراز تقدم كبير من خلال الترويج لتطبيق القطع المدمجة الماسية متعددة الكريستالات (PDC) التي تمكن من تحقيق زيادات كبيرة في معدلات الاختراق. أدت بروتوكولات تقييم القياسات تحت السطحية وتدريب جميع العاملين في موقع الحفارة إلى تحسين اقتصاديات الحفر لمشروع الطاقة الحرارية الأرضية هذا.

يبدو أن التكسير الهيدروليكي يمكن تنفيذه بفاعلية - لكن الاختبار الحقيقي يكمن في كفاءة الدوران واستعادة الحرارة بعد حفر بئر الإنتاج.

يمكن تطبيق نجاح EGS هنا في مكان آخر. ضع في اعتبارك استخدام التكسير الهيدروليكي لتطبيقات EGS الهجينة حيث واجهت التطبيقات التقليدية المكافئ الحراري الأرضي للحفرة الجافة - لم تتم مواجهة الكسور الطبيعية أثناء الحفر ولكن يمكن تقاطعها عن طريق التصدع.

يعني النجاح في FORGE اختبار التقنيات التي لن يتم النظر فيها بطريقة أخرى ، وتمرير التقنيات القابلة للتطبيق إلى الصناعة الخاصة ، وتشجيع تطوير الطاقة الحرارية الأرضية بشكل عام.