增強型地熱系統使用石油和天然氣技術開採低碳能源。 第2部分。

美國能源部 (DOE) 資助了一個名為 FORGE 的項目，該項目將使用最好的石油和天然氣技術對熱花崗岩進行鑽探和壓裂。 總體目標是看看從一口井抽下的水是否可以在花崗岩中循環並加熱，然後再抽上第二口井來驅動渦輪機發電。

猶他大學化學工程系的約翰‧麥克倫南 (John McLennan) 是能源部該計畫的共同首席研究員。 關於此主題的網路研討會由 NSI 於 6 年 2022 月 XNUMX 日贊助：F龍蒂爾地熱能研究天文台 (FORGE)：更新與展望

第 1 部分解決了這些問題 致約翰‧麥克倫南：

Q1. 能簡單介紹一下地熱能的歷史嗎？

Q2。 什麼是增強型地熱系統？水力壓裂應用在哪裡？

Q3。 告訴我們 FORGE 計畫在猶他州的選址以及為什麼選擇它。

這篇文章是第 2 部分，其中解決了以下三個附加問題：

Q4。 注採井和生產井的基本設計是什麼？

迄今為止，已鑽探了六口井。 其中XNUMX口井為垂直鑽探監測井，這與做現場實驗室的策略是一致的。 監測井中的光纖電纜和地震檢波器可以繪製連接已鑽的注入井和即將開採的生產井的水力裂縫的時間增長圖。

注水井的鑽探深度為 10,987 英尺（真實垂直深度為 8520 英尺±地面以下）。 這需要垂直鑽孔，然後以 5°/100 英尺鑽探建造一個彎曲部分，最後保持與垂直方向成 65° 的橫向，在東偏南方位角 (N4,300E) 約 105 英尺。 此方向有利於隨後的水力壓裂與井正交。

鑽探結束後，除了最底部200 英尺外，所有井都被套管覆蓋（使用較大直徑的7 英寸套管以有限的摩擦力和寄生泵送損失輸送大量的水）並用水泥固定到地面（以水力隔離環形空間） 。

Q5. 您能否總結注入井的三種壓裂處理方法及其結果？

2022 年 XNUMX 月，在註入井下端（趾部）附近對三個水力壓裂進行了抽水。 三口井中的地震檢波器、地面儀器和井下光纖感測器提供了抽水過程中不斷變化的裂縫幾何形狀的視圖。 根據這些裂縫幾何形狀的解釋，接下來將鑽探生產井以穿越這些微震活動雲。

連續泵送三個裂縫階段。 第一個目標是井的整個裸眼長度（未下套管的下部 200 英尺）。 這種處理方法是滑溜水（減少摩擦的水）。 以高達 4,261 bpm (179,000 gpm) 的速率泵送 50 桶（約 2100 加侖）。 短暫關閉後，油井在約 220°F 的溫度下回流。

下一階段涉及以高達 35 bpm 的速率通過一段 20 英尺長的套管泵送滑溜水，該套管已用 120 個聚能射孔彈射孔，以便通過套管和水泥環進入地層。 抽取了 2,777 桶滑溜水； 然後井就被回流了。

最後階段需要將 3,016 桶交聯（黏化）流體以高達 35 bpm 的速率泵入穿孔套管。 泵送微支撐劑。 未來，將評估支撐裂縫的必要性和可行性，以確保所形成裂縫的導流能力。

第三階段的初步處理表明，在中心井周圍存在偽徑向裂縫生長。 這有利於現有註入器和未來生產器之間的距離約為 300 英尺。商業場景可能需要比這更大的偏移； 然而，該實驗計劃首先需要建立通過水力壓裂互連兩個相鄰井的能力。

Q6. 商業應用的潛力有多大？

在商業環境中，將產生多個水力裂縫來互連油井。 在 FORGE 現場實驗室，側向長度將專門用於測試新技術。 其中包括確定儲層特徵的方法、水力壓裂和射孔技術、一致性（名義上通過每個水力裂縫的流量相等）以及通過這些裂縫網絡的循環特徵和經歷熱耗竭的速率。 研究合約被授予其他方（大學、國家實驗室、工業實體）來開發這些技術並在 FORGE 進行測試。

在商業 EGS 設定中，冷水將被注入並穿過一系列水力產生的裂縫，在此過程中獲取熱量。 熱水將透過生產井產生到地面。 在地表，將採用標準地熱技術來發電（有機朗肯循環（ORC）工廠，使用閃蒸為蒸汽的二次有機工作流體來驅動渦輪機/發電機；或直接閃蒸為蒸汽）。 產生的水在排出熱量後再循環。

FORGE 站點不會成為電力生產商。 它旨在用於測試和開發促進此類地熱能商業化的技術。 成功以技術開發為中心。 透過推廣多晶鑽石複合片鑽頭 (PDC) 的應用，已經取得了重大進展，可以大幅提高鑽速。 地下測量的評估協議和對所有鑽機現場人員的培訓提高了該地熱計畫的鑽井經濟性。

看起來水力壓裂可以有效進行，但真正的考驗在於生產井鑽完後的循環效率和熱回收。

EGS 在此的成功可能會應用於其他地方。 考慮將水力壓裂用於混合 EGS 應用，其中傳統應用遇到了相當於乾井的地熱 - 鑽井過程中沒有遇到天然裂縫，但可以透過壓裂來交叉。

FORGE 的成功意味著測試原本不會被考慮的技術，將可行的技術傳遞給私人企業，並鼓勵整體地熱開發。