增强型地热系统使用石油和天然气技术开采低碳能源。 第2部分。

美国能源部 (DOE) 资助了一个名为 FORGE 的项目，该项目将使用最好的石油和天然气技术对热花岗岩进行钻探和压裂。 总体目标是查看从一口井抽出的水是否可以在花岗岩中循环并加热，然后再抽出第二口井来驱动涡轮机发电。

犹他大学化学工程系的 John McLennan 是该 DOE 项目的联合首席研究员。 NSI 于 6 年 2022 月 XNUMX 日赞助了有关此主题的网络研讨会演示：Frontier 地热能研究天文台 (FORGE)：更新和展望

第 1 部分解决了这些问题 致约翰麦克伦南：

Q1。 您能简要介绍地热能的历史吗？

Q2。 什么是增强型地热系统，水力压裂应用在哪里？

Q3。 告诉我们有关犹他州 FORGE 项目的地点以及选择它的原因。

这篇文章是第 2 部分，它解决了以下三个附加问题：

Q4。 注采井的基本设计是什么？

迄今为止已经钻了六口井。 其中XNUMX口井为垂直钻井监测井，符合现场实验室战略。 监测井中的光纤电缆和地震检波器可以绘制与已钻出的注入井和即将开采的生产井相互连接的水力裂缝的时间增长图。

注入井的测量深度为 10,987 英尺（真实垂直深度为 8520 英尺±地平面以下）。 这需要垂直钻孔，然后在钻孔 5°/100 英尺处建造一个弯曲部分，最后在东部以南（N65E）的方位角上保持与垂直方向成 4,300° 的横向约 105 英尺。 这个方向有利于随后的水力压裂与井正交。

钻井后，除了最底部的 200 英尺外，所有井都被套管（更大直径的 7 英寸套管用于移动大量水，摩擦力和寄生泵送损失有限）并用水泥固定到地面（以液压隔离环形空间） .

Q5。 您能否总结一下注入井中的三种压裂处理方法及其结果？

2022 年 XNUMX 月，在注水井下端（趾部）附近抽出 XNUMX 处水力压裂。 三口井中的地震检波器、地面仪器和井下光纤传感器提供了泵送过程中不断变化的裂缝几何形状的视图。 基于对这些裂缝几何形状的解释，接下来将钻探生产井以与这些微震云相交。

连续泵送三个压裂阶段。 第一个目标是井的整个裸眼长度（未套管的下部 200 英尺）。 这种处理是滑溜水（减少摩擦的水）。 以高达 4,261 bpm (179,000 gpm) 的速度泵送 50 bbl (~2100 gal)。 在短暂关闭后，井在大约 220°F 的温度下回流。

下一阶段涉及将滑溜水以高达 35 bpm 的速度泵送通过一段 20 英尺长的套管，该套管已用 120 个聚能射孔弹射孔，以便通过套管和水泥环进入地层。 抽取了 2,777 桶滑溜水； 然后井被倒流了。

最后阶段需要 3,016 桶交联（增粘）流体以高达 35 bpm 的速率泵送通过穿孔套管。 泵送微支撑剂。 未来将进行评估，以评估支撑裂缝的必要性和可行性，以确保所形成裂缝的导流能力。

第三阶段的初步处理表明，在中心的井周围存在拟径向裂缝生长。 这有利于现有注入器和未来生产者之间的距离约为 300 英尺。商业场景可能需要比这更大的补偿； 然而，这个实验计划需要首先建立将两个相邻的井与水力压裂互连的能力。

Q6。 商业应用潜力如何？

在商业环境中，将创建多个水力压裂以互连油井。 在 FORGE 现场实验室，横向长度将专门用于测试新技术。 这些包括确定储层特征的方法、水力压裂和射孔技术、一致性——通过每个水力压裂的名义上相等的流量，以及通过这些裂缝网络的循环特征和经历热耗竭的速率。 研究合同被出租给其他方（大学、国家实验室、工业实体）来开发这些技术并在 FORGE 进行测试。

在商业 EGS 环境中，冷水将被注入并通过水力形成的裂缝阵列，在此过程中获取热量。 热水将通过生产井排出地面。 在地表，将采用标准地热技术进行发电（有机朗肯循环 (ORC) 工厂，使用闪蒸成蒸汽的二级有机工作流体驱动涡轮机/发电机；或直接闪蒸成蒸汽）。 产生的水在热量被带走后被再循环。

FORGE 站点不会成为电力生产商。 它旨在用于测试和开发将促进此类地热能商业化的技术。 成功以技术开发为中心。 通过促进多晶金刚石复合钻头 (PDC) 的应用，已经取得了重大进展，从而能够显着提高穿透率。 地下测量的评估协议和所有钻井现场人员的培训提高了该地热项目的钻井经济性。

看来水力压裂可以有效进行——但真正考验的是生产井钻完后的循环效率和热回收。

EGS 在这里的成功可能会应用到其他地方。 考虑将水力压裂用于混合 EGS 应用，在这些应用中，传统应用遇到了与干孔相当的地热——在钻井过程中没有遇到天然裂缝，但可能会被压裂穿过。

FORGE 的成功意味着测试原本不会被考虑的技术，将可行的技术传递给私营企业，并鼓励整体地热开发。