Un sistema geotermico avanzato utilizza la tecnologia del petrolio e del gas per estrarre energia a basse emissioni di carbonio. Parte 2.

Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha finanziato un progetto chiamato FORGE in cui la roccia di granito calda verrà perforata e fratturata utilizzando la migliore tecnologia del petrolio e del gas. Un obiettivo generale è vedere se l'acqua pompata in un pozzo può essere fatta circolare attraverso il granito e riscaldata prima di pompare un secondo pozzo per azionare le turbine che generano elettricità.

John McLennan, Dipartimento di Ingegneria Chimica, Università dello Utah, è il ricercatore co-principale di questo progetto DOE. Una presentazione webinar su questo argomento è stata sponsorizzata da NSI il 6 aprile 2022: Frontier Osservatorio per la ricerca sull'energia geotermica (FORGE): un aggiornamento e una prospettiva

La parte 1 ha affrontato queste domande a John McLennan:

Q1. Puoi fornire una breve storia dell'energia geotermica?

Q2. Cosa sono i sistemi geotermici potenziati e dove viene applicato il fracking?

Q3. Raccontaci del sito del progetto FORGE nello Utah e del motivo per cui è stato selezionato.

Questo articolo è la parte 2, che affronta tre ulteriori domande di seguito:

Q4. Qual è il progetto di base dei pozzi di iniezione e produzione?

Finora sono stati perforati sei pozzi. Cinque di questi pozzi sono pozzi di monitoraggio perforati verticalmente, il che è coerente con la strategia di essere un laboratorio sul campo. I cavi in ​​fibra ottica e i geofoni nei pozzi di monitoraggio possono mappare la crescita cronologica delle fratture idrauliche che collegano un pozzo di iniezione, che è stato perforato, e un pozzo di produzione imminente.

Il pozzo di iniezione è stato perforato a una profondità misurata di 10,987 piedi (una vera profondità verticale di 8520 piedi ± sotto il livello del suolo). Ciò ha comportato la perforazione verticale e quindi la costruzione di una sezione curva a 5°/100 piedi perforati, e infine il mantenimento di una laterale a 65° rispetto alla verticale, per circa 4,300 piedi in un azimut appena a sud di est (N105E). Questa direzione favorisce successive fratture idrauliche essendo ortogonali al pozzo.

Dopo la perforazione, tutti tranne i 200 piedi più bassi del pozzo sono stati rivestiti (un involucro da 7 pollici di diametro maggiore è stato utilizzato per spostare quantità significative di acqua con attrito limitato e perdite di pompaggio parassitarie) e cementato in superficie (per isolare idraulicamente lo spazio anulare) .

Q5. Potresti riassumere bene i tre trattamenti con frac nell'iniezione e i loro risultati?

Nell'aprile 2022 sono state pompate tre fratture idrauliche vicino alle estremità inferiori (la punta) del pozzo di iniezione. I geofoni in tre pozzi, la strumentazione di superficie e i sensori a fibra ottica di fondo pozzo forniscono una visione dell'evoluzione delle geometrie delle fratture durante il pompaggio. Sulla base dell'interpretazione di queste geometrie di frattura, il pozzo di produzione verrà successivamente perforato per intersecare queste nubi di microsismicità.

Tre stadi di frattura sono stati pompati consecutivamente. Il primo ha preso di mira l'intera lunghezza del pozzo (i 200 piedi inferiori che non erano stati rivestiti). Quel trattamento era slickwater (acqua a attrito ridotto). 4,261 bbl (~ 179,000 gal) sono stati pompati a velocità fino a 50 bpm (2100 gpm). Dopo una breve chiusura, il pozzo è stato rifluito a temperature di circa 220°F.

La fase successiva prevedeva il pompaggio di slickwater a velocità fino a 35 bpm attraverso una sezione di involucro lunga 20 piedi che era stata perforata con 120 cariche sagomate per fornire l'accesso alla formazione attraverso l'involucro e la guaina di cemento. Sono stati pompati 2,777 bbl di slickwater; e poi il pozzo è stato rifluito.

La fase finale ha comportato 3,016 bbl di fluido reticolato (viscificato) pompato attraverso un involucro perforato a velocità fino a 35 bpm. Il microproppant è stato pompato. In futuro, verranno effettuate valutazioni per valutare la necessità e la fattibilità di puntellare le fratture per garantire la conduttività delle fratture create.

L'elaborazione preliminare del terzo stadio suggerisce una crescita di frattura pseudoradiale, attorno al pozzo al centro. Ciò favorisce una separazione tra l'iniettore esistente e il futuro produttore dell'ordine di 300 piedi. Uno scenario commerciale potrebbe richiedere un offset maggiore di questo; tuttavia, questo programma sperimentale deve prima stabilire la capacità di interconnettere due pozzi adiacenti con fratturazione idraulica.

Q6. Qual è il potenziale per l'applicazione commerciale?

In un ambiente commerciale, si creerebbe una molteplicità di fratture idrauliche per interconnettere i pozzi. Presso il laboratorio sul campo FORGE, la lunghezza del fianco sarà dedicata alla sperimentazione di nuove tecnologie. Questi includono i metodi per determinare le caratteristiche del giacimento, la fratturazione idraulica e le tecniche di perforazione, la conformità - flusso nominalmente uguale attraverso ciascuna frattura idraulica e le caratteristiche della circolazione attraverso queste reti di frattura e la velocità con cui si verifica l'esaurimento termico. I contratti di ricerca sono affidati ad altre parti (università, laboratori nazionali, enti industriali) per sviluppare queste tecnologie e testarle presso FORGE.

In un ambiente EGS commerciale, l'acqua fredda verrebbe iniettata e passerebbe attraverso la serie di fratture create idraulicamente, acquisendo calore nel processo. L'acqua calda verrebbe prodotta in superficie attraverso il pozzo di produzione. In superficie, verrebbe implementata la tecnologia geotermica standard per la generazione di elettricità (un impianto a ciclo Rankine organico (ORC), che utilizza un fluido di lavoro organico secondario che viene convertito in vapore per azionare una turbina/generatore; o, lampeggiante diretto in vapore). L'acqua prodotta, dopo aver tolto calore, viene fatta ricircolare.

Il sito FORGE non sarà un produttore di energia. È destinato ad essere utilizzato per testare e sviluppare tecnologie che promuoveranno la commercializzazione di questo tipo di energia geotermica. Il successo è incentrato sullo sviluppo tecnologico. Sono già stati compiuti progressi significativi promuovendo l'applicazione di punte compatte diamantate policristalline (PDC) che consentono notevoli aumenti dei tassi di penetrazione. I protocolli di valutazione delle misurazioni del sottosuolo e la formazione di tutto il personale del sito di perforazione hanno migliorato l'economia di perforazione di questo progetto geotermico.

Sembra che la fratturazione idraulica possa essere eseguita in modo efficace, ma il vero test sta nell'efficienza della circolazione e nel recupero del calore dopo la perforazione del pozzo di produzione.

Il successo di EGS qui può essere applicato altrove. Prendi in considerazione l'utilizzo della fratturazione idraulica per applicazioni EGS ibride in cui le applicazioni convenzionali hanno incontrato l'equivalente geotermico di un buco secco: le fratture naturali non sono state riscontrate durante la perforazione ma potrebbero essere intersecate dalla frattura.

Il successo in FORGE significa testare tecnologie che altrimenti non verrebbero prese in considerazione, passare tecnologie praticabili all'industria privata e incoraggiare lo sviluppo geotermico in generale.