Sistem Panas Bumi yang Ditingkatkan Menggunakan Teknologi Minyak Dan Gas Untuk Menambang Energi Rendah Karbon. Bagian 2.

Departemen Energi AS (DOE) telah mendanai sebuah proyek yang disebut FORGE di mana batu granit panas akan dibor dan difracking menggunakan teknologi minyak dan gas terbaik. Tujuan keseluruhannya adalah untuk melihat apakah air yang dipompa ke satu sumur dapat disirkulasikan melalui granit dan dipanaskan sebelum dipompa ke sumur kedua untuk menggerakkan turbin yang menghasilkan listrik.

John McLennan, Departemen Teknik Kimia, Universitas Utah, adalah peneliti utama untuk proyek DOE ini. Presentasi webinar tentang topik ini disponsori oleh NSI pada 6 April 2022: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): Pembaruan dan Pandangan ke Depan

Bagian 1 menjawab pertanyaan-pertanyaan ini kepada John McLennan:

Q1. Bisakah Anda memberikan sejarah singkat tentang energi panas bumi?

Q2. Apa yang dimaksud dengan sistem panas bumi yang disempurnakan, dan di mana fracking diterapkan?

Q3. Beritahu kami tentang situs proyek FORGE di Utah dan mengapa itu dipilih.

Artikel ini adalah Bagian 2, yang membahas tiga pertanyaan tambahan di bawah ini:

Q4. Apa desain dasar sumur injeksi dan produksi?

Enam sumur telah dibor hingga saat ini. Lima sumur tersebut merupakan sumur pemantau yang dibor secara vertikal, yang sejalan dengan strategi menjadi laboratorium lapangan. Kabel serat optik dan geofon di sumur pemantauan dapat memetakan kronologis pertumbuhan patahan hidraulik yang menghubungkan sumur injeksi, yang telah dibor, dan sumur produksi yang akan datang.

Sumur injeksi dibor hingga kedalaman terukur 10,987 kaki (kedalaman vertikal sebenarnya 8520 kaki± di bawah permukaan tanah). Ini memerlukan pengeboran secara vertikal dan kemudian membangun bagian melengkung pada 5 °/100 kaki yang dibor, dan akhirnya mempertahankan lateral pada 65 ° ke vertikal, sekitar 4,300 kaki di azimuth tepat di selatan timur (N105E). Arah ini mendukung rekahan hidraulik berikutnya yang ortogonal terhadap sumur.

Setelah pengeboran, semua sumur kecuali 200 ft paling bawah ditutup (casing berdiameter 7 inci yang lebih besar digunakan untuk memindahkan sejumlah besar air dengan gesekan terbatas dan kehilangan pemompaan parasit) dan disemen ke permukaan (untuk mengisolasi ruang annular secara hidraulik) .

Q5. Bisakah Anda merangkum tiga perawatan frac di sumur injeksi dan hasilnya?

Pada April 2022, tiga patahan hidrolik dipompa di dekat ekstremitas bawah (jari kaki) sumur injeksi. Geofon di tiga sumur, instrumentasi permukaan, dan sensor serat optik lubang bawah memberikan gambaran geometri rekahan yang berkembang selama pemompaan. Berdasarkan interpretasi geometri rekahan ini, sumur produksi selanjutnya akan dibor untuk memotong awan mikroseismisitas ini.

Tiga tahap fraktur dipompa secara berurutan. Yang pertama menargetkan seluruh panjang lubang terbuka sumur (200 kaki lebih rendah yang belum dilapisi). Perlakuan tersebut adalah slickwater (air yang mengurangi gesekan). 4,261 bbl (~179,000 gal) dipompa dengan kecepatan hingga 50 bpm (2100 gpm). Setelah ditutup sebentar, sumur dialirkan kembali pada suhu sekitar 220 °F.

Tahap selanjutnya melibatkan pemompaan slickwater dengan kecepatan hingga 35 bpm melalui bagian selubung sepanjang 20 kaki yang telah dilubangi dengan 120 muatan berbentuk untuk menyediakan akses ke formasi melalui selubung dan selubung semen. 2,777 bbl slickwater dipompa; dan kemudian sumur dialirkan kembali.

Tahap terakhir memerlukan 3,016 bbl cairan crosslinked (viscosified) yang dipompa melalui casing berlubang dengan kecepatan hingga 35 bpm. Microproppant dipompa. Di masa depan, evaluasi akan dilakukan untuk menilai kebutuhan dan kelayakan rekahan penyangga untuk memastikan konduktivitas rekahan yang dibuat.

Pemrosesan awal tahap ketiga menunjukkan pertumbuhan fraktur pseudo-radial, di sekitar sumur di tengah. Ini mendukung pemisahan antara injektor yang ada dan produsen masa depan pada urutan 300 ft. Skenario komersial mungkin memerlukan offset yang lebih besar dari ini; namun, program eksperimental ini perlu terlebih dahulu menetapkan kemampuan untuk menghubungkan dua sumur yang berdekatan dengan rekahan hidrolik.

Q6. Apa potensi aplikasi komersial?

Dalam pengaturan komersial, multiplisitas rekahan hidrolik akan dibuat untuk menghubungkan sumur. Di laboratorium lapangan FORGE, panjang lateral akan dikhususkan untuk menguji teknologi baru. Ini termasuk metode untuk menentukan karakteristik reservoir, teknik rekahan dan perforasi hidraulik, kesesuaian – aliran yang secara nominal sama melalui setiap rekahan hidrolik, dan karakteristik sirkulasi melalui jaringan rekahan ini dan laju deplesi termal yang dialami. Kontrak penelitian diberikan kepada pihak lain (universitas, laboratorium nasional, entitas industri) untuk mengembangkan teknologi ini dan mengujinya di FORGE.

Dalam pengaturan EGS komersial, air dingin akan disuntikkan dan melewati susunan rekahan yang dibuat secara hidraulik, memperoleh panas dalam prosesnya. Air panas akan diproduksi ke permukaan melalui sumur produksi. Di permukaan, teknologi panas bumi standar akan diterapkan untuk pembangkit listrik (pembangkit siklus Rankine organik (ORC), menggunakan fluida kerja organik sekunder yang di-flash ke uap untuk menggerakkan turbin/generator; atau, direct flashing ke uap). Air yang dihasilkan, setelah panas dikeluarkan, disirkulasikan kembali.

Situs FORGE tidak akan menjadi penghasil listrik. Hal ini dimaksudkan untuk digunakan untuk menguji dan mengembangkan teknologi yang akan mempromosikan komersialisasi jenis energi panas bumi ini. Sukses berpusat di sekitar pengembangan teknologi. Sudah, kemajuan signifikan telah dibuat dengan mempromosikan penerapan bit padat berlian polikristalin (PDC) yang memungkinkan peningkatan dramatis dalam tingkat penetrasi. Protokol evaluasi pengukuran bawah permukaan dan pelatihan semua personel lokasi rig telah meningkatkan ekonomi pengeboran proyek panas bumi ini.

Tampaknya rekahan hidraulik dapat dilakukan secara efektif – tetapi pengujian sebenarnya terletak pada efisiensi sirkulasi dan pemulihan panas setelah sumur produksi dibor.

Keberhasilan EGS di sini dapat diterapkan di tempat lain. Pertimbangkan untuk menggunakan rekahan hidraulik untuk aplikasi EGS hibrid di mana aplikasi konvensional telah mengalami ekuivalen panas bumi dari lubang kering – rekahan alami tidak ditemui selama pengeboran tetapi dapat berpotongan dengan rekahan.

Sukses di FORGE berarti menguji teknologi yang sebelumnya tidak akan dipertimbangkan, meneruskan teknologi yang layak ke industri swasta, dan mendorong pengembangan panas bumi secara keseluruhan.