Mae System Geothermol Well yn Defnyddio Technoleg Olew A Nwy i Gloddio Ynni Carbon Isel. Rhan 2.

Mae Adran Ynni yr Unol Daleithiau (DOE) wedi ariannu prosiect o'r enw FORGE lle bydd craig gwenithfaen poeth yn cael ei ddrilio a'i ffracio gan ddefnyddio'r dechnoleg olew a nwy orau. Nod cyffredinol yw gweld a oes modd dosbarthu dŵr sy'n cael ei bwmpio i lawr un ffynnon trwy'r gwenithfaen a'i gynhesu cyn ei bwmpio i fyny ail ffynnon i yrru tyrbinau sy'n cynhyrchu trydan.

John McLennan, Adran Peirianneg Gemegol, Prifysgol Utah, yw'r cyd-brif ymchwilydd ar gyfer y prosiect DOE hwn. Noddwyd cyflwyniad gweminar ar y pwnc hwn gan NSI ar Ebrill 6, 2022: Frontier Arsyllfa ar gyfer Ymchwil i Ynni Geothermol (FORGE): Diweddariad ac Edrych Ymlaen

Roedd Rhan 1 yn ymdrin â'r cwestiynau hyn i John McLennan:

C1. Allwch chi ddarparu hanes cryno o ynni geothermol?

C2. Beth yw systemau geothermol gwell, a ble mae ffracio'n cael ei gymhwyso?

C3. Dywedwch wrthym am safle prosiect FORGE yn Utah a pham y cafodd ei ddewis.

Mae'r ysgrifen hon yn Rhan 2, sy'n mynd i'r afael â thri chwestiwn ychwanegol isod:

C4. Beth yw dyluniad sylfaenol y ffynhonnau chwistrellu a chynhyrchu?

Mae chwe ffynnon wedi cael eu drilio hyd yma. Mae pump o'r ffynhonnau hyn yn ffynhonnau monitro wedi'u drilio'n fertigol, sy'n gyson â'r strategaeth o fod yn labordy maes. Gall ceblau ffibr optig a geoffonau yn y ffynhonnau monitro fapio twf cronolegol toriadau hydrolig sy'n cydgysylltu ffynnon chwistrelliad, sydd wedi'i drilio, a ffynnon gynhyrchu sydd ar ddod.

Driliwyd y ffynnon chwistrellu i ddyfnder mesuredig o 10,987 tr (gwir ddyfnder fertigol o 8520 tr± islaw lefel y ddaear). Roedd hyn yn golygu drilio'n fertigol ac yna adeiladu rhan grwm ar 5°/100 troedfedd wedi'i ddrilio, ac yn olaf cynnal ochr ochr ar 65° i'r fertigol, am tua 4,300 troedfedd mewn azimuth ychydig i'r de o'r dwyrain (N105E). Mae'r cyfeiriad hwn yn ffafrio bod toriadau hydrolig dilynol yn orthogonal i'r ffynnon.

Ar ôl drilio, cafodd pob un ond y 200 troedfedd isaf o'r ffynnon ei gastio (defnyddiwyd casin 7 modfedd â diamedr mwy i symud symiau sylweddol o ddŵr gyda cholledion ffrithiant cyfyngedig a phwmpio parasitig) a'i smentio i'r wyneb (i ynysu'r gofod annular yn hydrolig) .

C5. A allech chi grynhoi'r tair triniaeth ffrac yn y pigiad yn dda a'u canlyniadau?

Ym mis Ebrill 2022, cafodd tri thoriad hydrolig eu pwmpio ger eithafion isaf (troed y traed) o'r ffynnon chwistrellu. Mae geoffonau mewn tair ffynnon, offeryniaeth arwyneb, a synwyryddion ffibr optig i lawr yn rhoi golwg ar y geometregau torri asgwrn sy'n datblygu yn ystod y pwmpio. Yn seiliedig ar y dehongliad o'r geometregau torri asgwrn hyn, bydd y ffynnon gynhyrchu yn cael ei drilio nesaf i groesi'r cymylau microseismigedd hyn.

Pwmpiwyd tri cham torri asgwrn yn olynol. Roedd y cyntaf yn targedu hyd twll agored cyfan y ffynnon (y 200 troedfedd isaf nad oedd wedi'i gassio). Y driniaeth honno oedd dŵr slic (dŵr wedi'i leihau gan ffrithiant). Cafodd 4,261 bbl (~179,000 gal) eu pwmpio ar gyfraddau hyd at 50 bpm (2100 gpm). Ar ôl cau i mewn yn fyr, llifwyd y ffynnon yn ôl ar dymheredd o tua 220 ° F.

Roedd y cam nesaf yn cynnwys pwmpio dŵr slic ar gyfraddau hyd at 35 bpm trwy ddarn 20 troedfedd o hyd o gasin a oedd wedi'i dyllog gyda 120 o wefriadau siâp i ddarparu mynediad i'r ffurfiant trwy'r casin a'r wain sment. pwmpiwyd 2,777 bbl o ddŵr slic; ac yna y llifeiriant y ffynnon yn ol.

Roedd y cam olaf yn cynnwys 3,016 bbl o hylif croes-gysylltu (viscosified) yn cael ei bwmpio trwy gasin tyllog ar gyfraddau hyd at 35 bpm. Roedd microproppant yn cael ei bwmpio. Yn y dyfodol, bydd gwerthusiadau'n cael eu gwneud i asesu'r angenrheidrwydd ac ymarferoldeb cynnal toriadau esgyrn er mwyn sicrhau dargludedd y toriadau a grëwyd.

Mae prosesu rhagarweiniol y trydydd cam yn awgrymu twf toriad ffug-radial, o amgylch y ffynnon yn y canol. Mae hyn yn ffafrio gwahanu tua 300 troedfedd rhwng y chwistrellwr presennol a'r cynhyrchydd yn y dyfodol. Efallai y bydd angen gwrthbwyso mwy na hyn ar gyfer senario masnachol; fodd bynnag, mae angen i'r rhaglen arbrofol hon sefydlu'n gyntaf y gallu i ryng-gysylltu dwy ffynnon gyfagos â hollti hydrolig.

C6. Beth yw'r potensial ar gyfer defnydd masnachol?

Mewn lleoliad masnachol, byddai toreth o holltau hydrolig yn cael eu creu i gydgysylltu ffynhonnau. Yn labordy maes FORGE, bydd hyd yr ochrol yn cael ei neilltuo i brofi technolegau newydd. Mae’r rhain yn cynnwys dulliau ar gyfer pennu nodweddion cronfeydd dŵr, hollti hydrolig a thechnegau tyllu, cydymffurfiad – llif cyfartal mewn enw drwy bob hollt hydrolig, a nodweddion cylchredeg drwy’r rhwydweithiau holltau hyn a’r gyfradd y profir disbyddiad thermol. Mae contractau ymchwil yn cael eu gosod i bartïon eraill (prifysgolion, labordai cenedlaethol, endidau diwydiannol) i ddatblygu'r technolegau hyn a'u profi yn FORGE.

Mewn lleoliad EGS masnachol, byddai dŵr oer yn cael ei chwistrellu ac yn pasio trwy'r amrywiaeth o doriadau a grëwyd yn hydrolig, gan gaffael gwres yn y broses. Byddai'r dŵr poeth yn cael ei gynhyrchu i'r wyneb trwy'r ffynnon gynhyrchu. Ar yr wyneb, byddai technoleg geothermol safonol yn cael ei gweithredu ar gyfer cynhyrchu trydan (gwaith cylch Rankine organig (ORC), gan ddefnyddio hylif gweithio organig eilaidd sy'n cael ei fflachio i anwedd i yrru tyrbin / generadur; neu, fflachio uniongyrchol i stêm). Mae'r dŵr a gynhyrchir, ar ôl tynnu'r gwres, yn cael ei ail-gylchredeg.

Ni fydd safle FORGE yn gynhyrchydd pŵer. Bwriedir ei ddefnyddio i brofi a datblygu technolegau a fydd yn hyrwyddo masnacheiddio'r math hwn o ynni geothermol. Mae llwyddiant yn canolbwyntio ar ddatblygu technoleg. Eisoes, mae datblygiadau sylweddol wedi'u gwneud drwy hyrwyddo'r defnydd o ddarnau cryno diemwnt polycrystalline (PDC) sy'n galluogi cynnydd dramatig yn y cyfraddau treiddiad. Mae protocolau gwerthuso mesuriadau is-wyneb a hyfforddiant holl bersonél y safle rig wedi gwella economeg drilio'r prosiect geothermol hwn.

Mae'n ymddangos y gellir gwneud hollti hydrolig yn effeithiol - ond y gwir brawf yw effeithlonrwydd cylchrediad ac adfer gwres ar ôl drilio'r ffynnon gynhyrchu.

Gellir cymhwyso llwyddiant EGS yma mewn mannau eraill. Ystyriwch ddefnyddio hollti hydrolig ar gyfer cymwysiadau EGS hybrid lle mae cymwysiadau confensiynol wedi dod ar draws yr hyn sy'n cyfateb i dwll sych geothermol - ni ddaethpwyd ar draws holltau naturiol yn ystod drilio ond gallai hollti groesi'r groes rhyngddynt.

Mae llwyddiant yn FORGE yn golygu profi technolegau na fyddent fel arall yn cael eu hystyried, gan drosglwyddo technolegau hyfyw i ddiwydiant preifat, ac annog datblygiad geothermol yn gyffredinol.