Un sistema geotérmico mejorado utiliza tecnología de petróleo y gas para extraer energía con bajas emisiones de carbono. Parte 2.

El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE, por sus siglas en inglés) financió un proyecto llamado FORGE en el que se perforará y fracturará roca de granito caliente utilizando la mejor tecnología de petróleo y gas. Un objetivo general es ver si el agua bombeada en un pozo puede circular a través del granito y calentarse antes de bombear un segundo pozo para impulsar turbinas que generen electricidad.

John McLennan, del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Utah, es el co-investigador principal de este proyecto del DOE. NSI patrocinó una presentación de seminario web sobre este tema el 6 de abril de 2022: FObservatorio de rontier para la Investigación en Energía Geotérmica (FORGE): una actualización y una mirada al futuro

La Parte 1 abordó estas preguntas a John McLennan:

Q1. ¿Puede proporcionar una breve historia de la energía geotérmica?

Q2. ¿Qué son los sistemas geotérmicos mejorados y dónde se aplica el fracking?

Q3. Cuéntenos sobre el sitio del proyecto FORGE en Utah y por qué fue seleccionado.

Este artículo es la Parte 2, que aborda tres preguntas adicionales a continuación:

Q4. ¿Cuál es el diseño básico de los pozos de inyección y producción?

Seis pozos han sido perforados hasta la fecha. Cinco de estos pozos son pozos de monitoreo perforados verticalmente, lo cual es consistente con la estrategia de ser un laboratorio de campo. Los cables de fibra óptica y los geófonos en los pozos de monitoreo pueden mapear el crecimiento cronológico de las fracturas hidráulicas que interconectan un pozo de inyección, que ha sido perforado, y un pozo de producción próximo.

El pozo de inyección se perforó a una profundidad medida de 10,987 8520 pies (una profundidad vertical verdadera de 5 100 pies± por debajo del nivel del suelo). Esto implicó perforar verticalmente y luego construir una sección curva a 65°/4,300 pies perforados, y finalmente mantener un lateral a 105° con respecto a la vertical, durante aproximadamente XNUMX pies en un azimut justo al sur del este (NXNUMXE). Esta dirección favorece que las fracturas hidráulicas posteriores sean ortogonales al pozo.

Después de perforar, se recubrieron todos menos los 200 pies del fondo del pozo (se utilizó un revestimiento de 7 pulgadas de diámetro más grande para mover cantidades significativas de agua con fricción limitada y pérdidas de bombeo parasitarias) y se cementó a la superficie (para aislar hidráulicamente el espacio anular) .

P5. ¿Podría resumir los tres tratamientos de fractura en el pozo de inyección y sus resultados?

En abril de 2022, se bombearon tres fracturas hidráulicas cerca de las extremidades inferiores (la punta) del pozo de inyección. Los geófonos en tres pozos, la instrumentación de superficie y los sensores de fibra óptica de fondo de pozo brindan una vista de las geometrías de fractura en evolución durante el bombeo. Con base en la interpretación de estas geometrías de fractura, el pozo de producción se perforará a continuación para intersectar estas nubes de microsismicidad.

Se bombearon consecutivamente tres etapas de fractura. El primero apuntó a toda la longitud del agujero abierto del pozo (los 200 pies inferiores que no habían sido revestidos). Ese tratamiento fue slickwater (agua de fricción reducida). Se bombearon 4,261 bbl (~179,000 50 gal) a velocidades de hasta 2100 bpm (220 gpm). Después de cerrarse brevemente, se hizo retroceder el pozo a temperaturas de aproximadamente XNUMX °F.

La siguiente etapa involucró el bombeo de agua aceitosa a velocidades de hasta 35 bpm a través de una sección de tubería de revestimiento de 20 pies de largo que había sido perforada con 120 cargas perfiladas para brindar acceso a la formación a través de la tubería de revestimiento y la cubierta de cemento. Se bombearon 2,777 bbl de agua aceitosa; y luego el pozo fluyó hacia atrás.

La etapa final involucró 3,016 bbl de fluido entrecruzado (viscosificado) bombeado a través de la tubería de revestimiento perforada a velocidades de hasta 35 lpm. Se bombeó micropropante. En el futuro, se realizarán evaluaciones para evaluar la necesidad y viabilidad de apuntalamiento de fracturas para asegurar la conductividad de las fracturas creadas.

El procesamiento preliminar de la tercera etapa sugiere el crecimiento de una fractura pseudoradial alrededor del pozo en el centro. Esto favorece una separación entre el inyector existente y el futuro productor del orden de 300 pies. Un escenario comercial puede requerir una compensación mayor que esta; sin embargo, este programa experimental primero debe establecer la capacidad de interconectar dos pozos adyacentes con fracturación hidráulica.

P6. ¿Cuál es el potencial de aplicación comercial?

En un entorno comercial, se crearía una multiplicidad de fracturas hidráulicas para interconectar pozos. En el laboratorio de campo de FORGE, la longitud del lateral se dedicará a probar nuevas tecnologías. Estos incluyen métodos para determinar las características del yacimiento, técnicas de perforación y fracturamiento hidráulico, conformidad: flujo nominalmente igual a través de cada fractura hidráulica y las características de circulación a través de estas redes de fracturas y la tasa a la que se experimenta el agotamiento térmico. Los contratos de investigación se otorgan a otras partes (universidades, laboratorios nacionales, entidades industriales) para desarrollar estas tecnologías y probarlas en FORGE.

En un entorno de EGS comercial, se inyectaría agua fría y pasaría a través de la serie de fracturas creadas hidráulicamente, adquiriendo calor en el proceso. El agua caliente se produciría a la superficie a través del pozo de producción. En la superficie, se implementaría la tecnología geotérmica estándar para la generación de electricidad (una planta de ciclo Rankine orgánico (ORC), que utiliza un fluido de trabajo orgánico secundario que se convierte en vapor para impulsar una turbina/generador; o, la conversión directa en vapor). El agua producida, una vez eliminado el calor, se recircula.

El sitio de FORGE no será un productor de energía. Está destinado a ser utilizado para probar y desarrollar tecnologías que promuevan la comercialización de este tipo de energía geotérmica. El éxito se centra en el desarrollo de tecnología. Ya se han logrado avances significativos al promover la aplicación de brocas compactas de diamante policristalino (PDC) que permiten aumentos dramáticos en las tasas de penetración. Los protocolos de evaluación de las mediciones del subsuelo y la capacitación de todo el personal del sitio de perforación han mejorado la economía de perforación de este proyecto geotérmico.

Parece que la fracturación hidráulica se puede llevar a cabo de manera efectiva, pero la verdadera prueba radica en la eficiencia de circulación y la recuperación de calor después de perforar el pozo de producción.

El éxito de EGS aquí puede aplicarse en otros lugares. Considere el uso de la fracturación hidráulica para aplicaciones EGS híbridas donde las aplicaciones convencionales han encontrado el equivalente geotérmico de un pozo seco: no se encontraron fracturas naturales durante la perforación, pero podrían intersecarse con la fracturación.

El éxito en FORGE significa probar tecnologías que de otro modo no se considerarían, pasar tecnologías viables a la industria privada y fomentar el desarrollo geotérmico en general.