強化された地熱システムは、石油とガスの技術を使用して低炭素エネルギーを採掘します。 パート2。

米国エネルギー省 (DOE) は、最高の石油およびガス技術を使用して高温の花崗岩を掘削し、破砕する FORGE と呼ばれるプロジェクトに資金を提供しました。 全体的な目標は、XNUMX つの井戸で汲み上げられた水を花崗岩の中を循環させて加熱してから、XNUMX 番目の井戸で汲み上げてタービンを駆動して発電できるかどうかを確認することです。

ユタ大学化学工学部のジョン・マクレナン氏は、この DOE プロジェクトの共同主任研究者です。 このトピックに関するウェビナー プレゼンテーションは、6 年 2022 月 XNUMX 日に NSI によって後援されました: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): 最新情報と先取り

パート 1 ではこれらの質問に対処しました ジョン・マクレナンに：

Q1. 地熱エネルギーの歴史を簡単に教えていただけますか?

Q2. 強化型地熱システムとは何ですか?また、水圧破砕はどこに適用されますか?

Q3. ユタ州の FORGE プロジェクトの現場と、それが選ばれた理由について教えてください。

この記事はパート 2 であり、以下の XNUMX つの追加の質問に対処します。

Q4. 注入井と生産井の基本設計は何ですか?

これまでにXNUMX本の井戸が掘削されています。 これらの井戸のうち XNUMX つは垂直に掘削されたモニタリング井戸であり、フィールドラボであるという戦略と一致しています。 監視井の光ファイバーケーブルと受振器は、掘削済みの圧入井と今後の生産井を相互接続する水圧亀裂の時間的な成長をマッピングできます。

注入井は、測定深さ 10,987 フィート (実際の垂直深さは地表から 8520 フィート±) まで掘削されました。 これには、垂直に掘削し、その後 5 度/100 フィートで掘削した湾曲セクションを構築し、最後に東 (N65E) のすぐ南の方位で約 4,300 フィートにわたって垂直に対して 105 度の側面を維持する必要がありました。 この方向は、その後の水圧破壊が坑井に対して直角になるのに有利です。

掘削後、坑井の最底部 200 フィートを除くすべてがケーシングされ（摩擦と寄生ポンピングロスを抑えて大量の水を移動させるために、より大きな直径の 7 インチのケーシングが使用されました）、（環状空間を水圧的に隔離するために）地表にセメントで固定されました。 。

Q5. 注入井における XNUMX つの frac 処理とその結果を要約していただけますか?

2022 年 XNUMX 月に、圧入井の下肢 (先端) 付近で XNUMX つの水圧骨折がポンプで除去されました。 XNUMX つの坑井の受振器、地表計器、ダウンホールの光ファイバーセンサーにより、揚水中に進化する破壊形状のビューが提供されます。 これらの破壊形状の解釈に基づいて、次に、これらの微小地震雲と交差するように生産井が掘削されます。

200 つの破壊ステージを連続してポンピングしました。 4,261 つ目は、井戸の開孔全長 (ケーシングされていない下部 179,000 フィート) をターゲットにしました。 その処理は軟水（摩擦低減水）でした。 50 bbl (約 2100 ガロン) が最大 220 bpm (XNUMX gpm) の速度で汲み上げられました。 短時間密閉した後、井戸を約 XNUMX°F の温度で逆流させました。

次の段階では、ケーシングとセメントシースを通って地層にアクセスできるように、35 個の成形装薬で穴が開けられたケーシングの長さ 20 フィートのセクションに、最大 120 bpm の流量で膜水を汲み上げる作業が行われました。 2,777 バレルの塩水が汲み上げられました。 そして井戸は逆流した。

最終段階では、3,016 bbl の架橋 (粘性化) 流体が、最大 35 bpm の速度で穴あきケーシングを通してポンプで送られました。 マイクロプロパントをポンプで注入した。 将来的には、作成された亀裂の導電性を確保するための支柱亀裂の必要性と実行可能性を評価するために行われる予定です。

第 300 段階の予備処理では、中心のウェルの周囲に疑似放射状破壊の成長が示唆されます。 これにより、既存のインジェクターと将来の生産装置とを XNUMX フィート程度分離することが有利になります。商用シナリオでは、これよりも大きなオフセットが必要になる場合があります。 ただし、この実験プログラムでは、まず、水圧破砕によって XNUMX つの隣接する坑井を相互接続する能力を確立する必要があります。

Q6. 商業応用の可能性は何ですか?

商業的な環境では、坑井を相互接続するために多数の水圧亀裂が作成されます。 FORGE フィールド ラボでは、横方向の長さが新しいテクノロジーのテストに費やされます。 これらには、貯留層の特性、水圧破砕および穿孔技術、適合性（各水圧破砕を通る名目上等しい流量）、これらの破砕ネットワークを通る循環の特性および熱消耗が起こる速度を決定するための方法が含まれます。 これらのテクノロジーを開発し、FORGE でテストするために、研究契約が他の関係者 (大学、国立研究所、産業団体) に与えられます。

商用 EGS 設定では、冷水が注入され、水圧で作られた一連の亀裂を通過し、その過程で熱を取得します。 熱水は生産井を通じて表面に生成されます。 地表では、発電のために標準的な地熱技術が導入されます（タービン/発電機を駆動するために蒸気にフラッシュする二次有機作動流体を使用する有機ランキンサイクル（ORC）プラント、または蒸気に直接フラッシュする）。 生成した水は熱を奪った後、再循環させます。

FORGE サイトは発電事業者ではありません。 このタイプの地熱エネルギーの商業化を促進する技術のテストと開発に使用することを目的としています。 成功の中心はテクノロジー開発です。 貫通速度の劇的な増加を可能にする多結晶ダイヤモンドコンパクトビット (PDC) の適用を促進することにより、すでに大きな進歩が見られます。 地下測定の評価プロトコルとリグサイトのすべての職員の訓練により、この地熱プロジェクトの掘削経済性が向上しました。

水圧破砕は効果的に実行できるように見えますが、本当のテストは、生産井を掘削した後の循環効率と熱回収にあります。

ここでの EGS の成功は他の場所にも応用できるかもしれません。 従来の用途ではドライホールと同等の地熱に遭遇するハイブリッド EGS 用途に水圧破砕の使用を検討してください。自然の亀裂は掘削中には発生しませんでしたが、破砕によって交差する可能性があります。

FORGE での成功とは、他の方法では検討されない技術をテストし、実行可能な技術を民間産業に渡し、地熱開発全体を促進することを意味します。