פארק פנאי מפעל גיאותרמי והלגונה הכחולה, איסלנד.
קבוצת תמונות אוניברסליות באמצעות Getty Images
משרד האנרגיה של ארה"ב (DOE) מימן פרויקט בשם FORGE שבו סלע גרניט לוהט יקדח ויתפרק תוך שימוש בטכנולוגיית הנפט והגז הטובה ביותר. מטרה כוללת היא לראות אם ניתן להזרים מים שנשאבו למטה באר אחת דרך הגרניט ולחמם לפני שאוב באר שני כדי להניע טורבינות שמייצרות חשמל.
ג'ון מקלן, המחלקה להנדסה כימית, אוניברסיטת יוטה, הוא החוקר הראשי של פרויקט DOE זה. מצגת מקוונת בנושא זה ניתנה בחסות NSI ב-6 באפריל 2022: Fמצפה הכוכבים של rontier למחקר באנרגיה גיאותרמית (FORGE): עדכון ומבט קדימה
חלק 1 התייחס לשאלות אלו לג'ון מקלן:
שאלה 1. האם תוכל לספק היסטוריה קצרה של אנרגיה גיאותרמית?
שאלה 2. מהן מערכות גיאותרמיות משופרות, והיכן מיושמת הפראקינג?
שאלה 3. ספר לנו על האתר של פרויקט FORGE ביוטה ולמה הוא נבחר.
כתיבה זו היא חלק 2, המתייחס לשלוש שאלות נוספות להלן:
שאלה 4. מהו התכנון הבסיסי של בארות ההזרקה וההפקה?
עד היום נקדחו שש בארות. חמש מהבארות הללו הן קידוחי ניטור שנקדחו אנכית, מה שעולה בקנה אחד עם האסטרטגיה של להיות מעבדת שדה. כבלים סיבים אופטיים וגיאופונים בבארות הניטור יכולים למפות את הצמיחה הכרונולוגית של שברים הידראוליים המחברים בין באר הזרקה, שנקדחה, לבין באר הפקה קרובה.
באר ההזרקה נקדח לעומק נמדד של 10,987 רגל (עומק אנכי אמיתי של 8520 רגל ± מתחת לפני הקרקע). הדבר כרוך בקידוח אנכי ולאחר מכן בניית קטע מעוקל ב-5°/100 רגל קדח, ולבסוף שמירה על צד רוחבי ב-65° לאנכי, במשך כ-4,300 רגל באזימוט ממש דרומית למזרח (N105E). כיוון זה מעדיף שברים הידראוליים הבאים יהיו אורתוגונלים לבאר.
לאחר הקידוח, כל הבאר, מלבד 200 הרגל התחתונים ביותר, עטפו (מעטפת בקוטר גדול יותר של 7 אינץ' שימשה להנעת כמויות משמעותיות של מים עם חיכוך מוגבל והפסדי שאיבה טפיליים) והוצמדה אל פני השטח (לבידוד הידראולי של החלל הטבעתי) .
באר הזרקה קדח (כחול) ובאר הפקה עתידי (אדום) מחובר בשברים בגרניט.
יוטה FORGE (2021). קידוח לעתיד הגיאותרמי.
שאלה 5. האם תוכל לסכם היטב את שלושת טיפולי הפראק בהזרקה ואת התוצאות שלהם?
באפריל 2022 נשאבו שלושה שברים הידראוליים ליד הגפיים התחתונות (בוהן) של באר ההזרקה. גיאופונים בשלוש בארות, מכשור משטח וחיישני סיבים אופטיים למטה מספקים מבט על גיאומטריות השבר המתפתחות במהלך השאיבה. בהתבסס על הפרשנות של גיאומטריות השברים הללו, הבא יעבור באר ההפקה כדי לחתוך את ענני המיקרו-סייסמיות הללו.
שלושה שלבי שבר נשאבו ברציפות. הראשון מכוון לכל אורך הבור הפתוח של הבאר (200 הרגליים התחתונות שלא עברו כיסוי). הטיפול הזה היה מים חלקלק (מים מופחתים חיכוך). 4,261 bbl (~179,000 גל) נשאבו בקצבים של עד 50 ppm (2100 gpm). לאחר סגירה קצרה, הבאר הוזרמה חזרה בטמפרטורות של כ-220 מעלות צלזיוס.
השלב הבא כלל שאיבת מים חלקלקים בקצבים של עד 35 פעימות לדקה דרך קטע ארוך של 20 רגל של מעטפת שנוקב ב-120 מטענים מעוצבים כדי לספק גישה למבנה דרך המעטפת ומעטפת הבטון. נשאבו 2,777 בבל של מים חלקלקים; ואז הבאר זרמו בחזרה.
השלב האחרון כלל 3,016 בבל של נוזל מוצלב (צמיג) שנשאב דרך מעטפת מחוררת בקצבים של עד 35 פעימות לדקה. מיקרופרופנט נשאב. בעתיד, יערכו הערכות כדי להעריך את הנחיצות והכדאיות של השברים הנשענים כדי להבטיח מוליכות של השברים שנוצרו.
עיבוד ראשוני של השלב השלישי מציע גידול שבר פסאודו-רדיאלי, סביב הבאר במרכז. זה מעדיף הפרדה בין המזרק הקיים לבין היצרן העתידי בסדר גודל של 300 רגל. תרחיש מסחרי עשוי לדרוש קיזוז גדול מזה; עם זאת, תוכנית ניסוי זו צריכה קודם כל לבסס את היכולת לחבר שתי בארות סמוכות עם שבירה הידראולית.
שאלה 6. מה הפוטנציאל ליישום מסחרי?
בסביבה מסחרית, יווצרו ריבוי של שברים הידראוליים לחיבור בארות. במעבדת השדה FORGE, אורכו של הצדי יוקדש לבדיקת טכנולוגיות חדשות. אלה כוללים שיטות לקביעת מאפייני המאגר, טכניקות שבר הידראוליות וניקוב, התאמה - זרימה שווה נומינלית בכל שבר הידראולי, ומאפייני המחזור דרך רשתות השברים הללו והקצב שבו נחווה דלדול תרמי. חוזי מחקר ניתנים לגורמים אחרים (אוניברסיטאות, מעבדות לאומיות, גופים תעשייתיים) כדי לפתח טכנולוגיות אלו ולבחון אותן ב- FORGE.
במסגרת EGS מסחרית, מים קרים יוזרקו ויעברו דרך מערך השברים הנוצרים הידראולית, תוך רכישת חום בתהליך. המים החמים יופקו עד פני השטח דרך באר הייצור. על פני השטח, תיושם טכנולוגיה גיאותרמית סטנדרטית לייצור חשמל (מפעל מחזור Rankine אורגני (ORC), תוך שימוש בנוזל עבודה אורגני משני המוזרם לאדים כדי להניע טורבינה/גנרטור; או, הבהוב ישיר לקיטור). המים המופקים, לאחר הוצאת החום, מוחזרים.
אתר FORGE לא יהיה יצרן חשמל. הוא נועד לשמש לבדיקה ופיתוח טכנולוגיות שיקדמו מסחור של סוג זה של אנרגיה גיאותרמית. ההצלחה מתמקדת בפיתוח טכנולוגי. כבר עכשיו, התקדמויות משמעותיות בוצעו על ידי קידום היישום של סיביות קומפקטיות של יהלומים פולי-גבישיים (PDC) המאפשרים עלייה דרמטית בשיעורי החדירה. פרוטוקולי הערכה של מדידות תת-קרקעיות והדרכה של כל אנשי אתר האסדה שיפרו את כלכלת הקידוח של פרויקט גיאותרמי זה.
נראה שניתן לבצע ביעילות שבירה הידראולית - אך המבחן האמיתי טמון ביעילות מחזור הדם ובהחזרת החום לאחר קידוח באר ההפקה.
הצלחת EGS כאן עשויה להיות מיושמת במקום אחר. שקול להשתמש בשבר הידראולי עבור יישומי EGS היברידיים שבהם יישומים קונבנציונליים נתקלו בשוויון גיאותרמי של חור יבש - שברים טבעיים לא נתקלו במהלך הקידוח, אך עלולים להיות נחתכים על ידי שבירה.
הצלחה ב- FORGE פירושה בדיקת טכנולוגיות שאחרת לא היו נחשבות, העברת טכנולוגיות ברות קיימא לתעשייה הפרטית ועידוד פיתוח גיאותרמי באופן כללי.
מקור: https://www.forbes.com/sites/ianpalmer/2022/05/19/an-enhanced-geothermal-system-uses-oil-and-gas-technology-to-mine-low-carbon-energy- חלק 2/