Um sistema geotérmico aprimorado usa tecnologia de petróleo e gás para extrair energia de baixo carbono. Parte 2.

O Departamento de Energia dos EUA (DOE) financiou um projeto chamado FORGE onde rochas de granito quente serão perfuradas e fraturadas usando a melhor tecnologia de petróleo e gás. Um objetivo geral é ver se a água bombeada para um poço pode circular através do granito e aquecida antes de ser bombeada para um segundo poço para acionar turbinas que geram eletricidade.

John McLennan, do Departamento de Engenharia Química da Universidade de Utah, é o co-investigador principal deste projeto DOE. Uma apresentação de webinar sobre este tópico foi patrocinada pela NSI em 6 de abril de 2022: FObservatório rontier para Pesquisa em Energia Geotérmica (FORGE): uma atualização e uma visão antecipada

A parte 1 abordou essas questões para John McLennan:

Q1. Você pode fornecer uma breve história da energia geotérmica?

Q2. O que são sistemas geotérmicos aprimorados e onde o fracking é aplicado?

Q3. Conte-nos sobre o local do projeto FORGE em Utah e por que foi selecionado.

Este artigo é a Parte 2, que aborda três questões adicionais abaixo:

Q4. Qual é o projeto básico dos poços de injeção e produção?

Seis poços foram perfurados até o momento. Cinco desses poços são poços de monitoramento perfurados verticalmente, o que é consistente com a estratégia de ser um laboratório de campo. Cabos de fibra óptica e geofones nos poços de monitoramento podem mapear o crescimento cronológico de fraturas hidráulicas interligando um poço de injeção, que já foi perfurado, e um poço de produção futuro.

O poço de injeção foi perfurado a uma profundidade medida de 10,987 pés (uma profundidade vertical verdadeira de 8520 pés ± abaixo do nível do solo). Isso implicou perfurar verticalmente e, em seguida, construir uma seção curvada a 5°/100 pés perfurados e, finalmente, manter uma lateral a 65° com a vertical, por cerca de 4,300 pés em um azimute ao sul do leste (N105E). Essa direção favorece fraturas hidráulicas subsequentes sendo ortogonais ao poço.

Após a perfuração, todos, exceto os 200 pés mais profundos do poço, foram revestidos (o revestimento de 7 polegadas de diâmetro maior foi usado para mover quantidades significativas de água com atrito limitado e perdas de bombeamento parasitas) e cimentado à superfície (para isolar hidraulicamente o espaço anular) .

Q5. Você poderia resumir os três tratamentos de fratura no poço de injeção e seus resultados?

Em abril de 2022, três fraturas hidráulicas foram bombeadas perto das extremidades inferiores (o dedo do pé) do poço de injeção. Geofones em três poços, instrumentação de superfície e sensores de fibra óptica de fundo de poço fornecem uma visão das geometrias de fratura em evolução durante o bombeamento. Com base na interpretação dessas geometrias de fratura, o poço produtor será perfurado em seguida para cruzar essas nuvens de microsismicidade.

Três estágios de fratura foram bombeados consecutivamente. O primeiro visava todo o comprimento do poço aberto (os 200 pés inferiores que não haviam sido revestidos). Esse tratamento foi slickwater (água com fricção reduzida). 4,261 bbl (~179,000 gal) foram bombeados a taxas de até 50 bpm (2100 gpm). Depois de fechar brevemente, o poço fluiu de volta a temperaturas de cerca de 220°F.

A próxima etapa envolveu o bombeamento de slickwater a taxas de até 35 bpm através de uma seção de revestimento de 20 pés de comprimento que havia sido perfurada com 120 cargas moldadas para fornecer acesso à formação através do revestimento e da bainha de cimento. 2,777 bbl de slickwater foram bombeados; e então o poço fluiu de volta.

O estágio final envolveu 3,016 bbl de fluido reticulado (viscosificado) bombeado através de revestimento perfurado a taxas de até 35 bpm. O micropropante foi bombeado. No futuro, serão feitas avaliações para avaliar a necessidade e viabilidade de fraturas de escoramento para garantir a condutividade das fraturas criadas.

O processamento preliminar do terceiro estágio sugere crescimento de fratura pseudo-radial, ao redor do poço no centro. Isso favorece uma separação entre o injetor existente e o futuro produtor na ordem de 300 pés. Um cenário comercial pode exigir um deslocamento maior do que este; no entanto, este programa experimental precisa primeiro estabelecer a capacidade de interligar dois poços adjacentes com fraturamento hidráulico.

Q6. Qual é o potencial para aplicação comercial?

Em um ambiente comercial, uma multiplicidade de fraturas hidráulicas seria criada para interligar os poços. No laboratório de campo FORGE, o comprimento da lateral será dedicado a testar novas tecnologias. Estes incluem métodos para determinar as características do reservatório, fraturamento hidráulico e técnicas de perfuração, conformidade - fluxo nominalmente igual através de cada fratura hidráulica e as características de circulação através dessas redes de fratura e a taxa na qual o esgotamento térmico é experimentado. Os contratos de pesquisa são concedidos a outras partes (universidades, laboratórios nacionais, entidades industriais) para desenvolver essas tecnologias e testá-las na FORGE.

Em um ambiente EGS comercial, a água fria seria injetada e passaria pelo conjunto de fraturas criadas hidraulicamente, adquirindo calor no processo. A água quente seria produzida para a superfície através do poço de produção. Na superfície, a tecnologia geotérmica padrão seria implementada para geração de eletricidade (uma planta orgânica de ciclo Rankine (ORC), usando um fluido de trabalho orgânico secundário que é vaporizado para acionar uma turbina/gerador; ou, flash direto para vapor). A água produzida, após a retirada do calor, é recirculada.

O site FORGE não será um produtor de energia. Destina-se a ser utilizado para testar e desenvolver tecnologias que promovam a comercialização deste tipo de energia geotérmica. O sucesso gira em torno do desenvolvimento de tecnologia. Já foram feitos avanços significativos promovendo a aplicação de brocas compactas de diamante policristalino (PDC) que permitem aumentos dramáticos nas taxas de penetração. Protocolos de avaliação de medições de subsuperfície e treinamento de todo o pessoal da plataforma melhoraram a economia de perfuração deste projeto geotérmico.

Parece que o fraturamento hidráulico pode ser efetivamente realizado – mas o verdadeiro teste está na eficiência da circulação e na recuperação de calor após a perfuração do poço de produção.

O sucesso do EGS aqui pode ser aplicado em outros lugares. Considere o uso de fraturamento hidráulico para aplicações EGS híbridas onde as aplicações convencionais encontraram o equivalente geotérmico de um furo seco – fraturas naturais não foram encontradas durante a perfuração, mas podem ser intersectadas por fraturamento.

O sucesso na FORGE significa testar tecnologias que de outra forma não seriam consideradas, passar tecnologias viáveis ​​para a indústria privada e incentivar o desenvolvimento geotérmico em geral.