Poprawa efektywności energii geotermalnej dzięki zaawansowanej technologii powłok izolacyjnych

Wykorzystanie gorących zasobów może znacząco zmienić zasady gry w rozwoju energetyki geotermalnej, skutkując powstaniem bardziej produktywnych pól i mniejszą liczbą odwiertów pozwalających wykorzystać dowolny potencjał. Wiąże się to jednak z dylematem, czy sprzęt wiertniczy jest narażony na działanie temperatur wykraczających poza te, do których został zaprojektowany.

W gościnnym artykule Michaela Adamsa i Rezy Farra z NOV, technologia osłon izolacyjnych pomaga utrzymać niską temperaturę płuczki wiertniczej nawet w środowiskach o bardzo wysokiej temperaturze, zapobiegając w ten sposób awariom sprzętu wiertniczego spowodowanym temperaturą.

Operatorzy energii geotermalnej stoją przed wieloma wyzwaniami, jeśli chodzi o efektywne pozyskiwanie wysokoenergetycznego ciepła z głębokich, gorących złóż. Z jednej strony operatorzy chcą ograniczyć chłodzenie wytwarzanych płynów, aby zmaksymalizować energię geotermalną dostarczaną na powierzchnię w celu wytwarzania energii i innych zastosowań. Z drugiej strony wiertnice wiertnicze muszą bezpiecznie wiercić w gorących formacjach skalnych, chroniąc jednocześnie elektronikę wrażliwą na temperaturę.

Operator geotermalny napotkał takie wyzwania podczas planowania kilku projektów zaawansowanych systemów geotermalnych (EGS), w których wiercono odwierty w głębokich, suchych formacjach skalnych w temperaturach w zakresie od 150°C do 300°C (300°F do 570°F). W tych temperaturach płuczka wiertnicza używana do rozprowadzania fragmentów skał z odwiertu i chłodzenia elektroniki odwiertu w zespole wiertniczym (BHA) staje się bardzo gorąca, co powoduje awarię narzędzia i wydłuża czas ciągnięcia przewodu i dokonywania napraw.

operatora nowego rozwiązania listopadStosowany do: Izolacyjna wykładzina rur wiertniczych w celu utrzymania chłodu płuczki wiertniczej w celu ochrony BHA przed awarią związaną z temperaturą.

Innowacyjne rozwiązania oparte na sprawdzonej wydajności

Listopad Tuboskop Od ponad 80 lat oddział jest liderem branży w opracowywaniu innowacyjnych produktów powłokowych. Udowodniono, że w zastosowaniach związanych z ropą i gazem powłoki te wydłużają żywotność rurociągów i poprawiają długoterminową, rentowną produkcję każdego elementu wyposażenia.

Prace badawczo-rozwojowe w zakresie powłok Tuboskopu tradycyjnie koncentrowały się na poprawie wydajności hydraulicznej rur i zapewnieniu lepszej ochrony przed korozją, zużyciem i osadzaniem się kamienia. Kiedy pojawiło się zapotrzebowanie na powłoki termoizolacyjne, badacze szybko dodali do kryteriów testowych przewodność cieplną.

Przewodność cieplna jest miarą zdolności materiału do przewodzenia ciepła (rysunek 1). W przypadku powlekanych rur wiertniczych w zastosowaniach geotermalnych im niższa przewodność cieplna, tym lepiej. Niska przewodność cieplna oznacza niski współczynnik przenikania ciepła przez układ rur; Dzięki temu płuczka wiertnicza jest chłodna i zatrzymuje wysokoenergetyczne ciepło w rurze, gdy unosi się ona na powierzchnię.

Operator udostępnił wyniki badania modelowego, które uwypukliło szczególne wyzwania związane z regulacją temperatury, przed którymi stoją projekty EGS. Operacja wymagała długich przewodów wiertniczych, łącznie ze ścianami bocznymi, które bez izolacji rozgrzałyby płuczkę wiertniczą do temperatury ponad 150°C. Modele pokazują, że płuczka wiertnicza musi być utrzymywana w temperaturze poniżej 120°C (248°F), aby chronić elektronikę w BHA.

Aby spełnić tę specyfikację, wymagana jest powłoka o wartości ak (miara stałej przewodności cieplnej) nie większej niż 0,5 W/mK. Jednocześnie powłoka powinna zachować tę samą odporność na korozję i parametry hydrauliczne co stara powłoka, a także powinna mieć minimalną grubość, aby utrzymać koszty na niskim poziomie.

Wykorzystując jako wskazówki wyniki modelu operatora, badacze z firmy Tuboskop pracowali nad opracowaniem powłoki o niskiej przewodności cieplnej. Opracowano różne formuły powłok i przetestowano je pod kątem przewodności cieplnej przy użyciu przepływomierza ciepła zgodnie z normą ASTM-E1530-19, podstawową miarą oporu cieplnego/przewodności cieplnej ciał stałych (od -20°C do 310°C). Każdy skład porównano z wartością k zmierzoną za pomocą Tuboskopu istniejącej niezmodyfikowanej wykładziny rur wiertniczych pod kątem jej właściwości izolacyjnych.

Średnia przewodność cieplna obecnej klasy powłok wynosi 0,8360 W/mK; Jest to wartość znacznie niższa niż w przypadku stali węglowej (45 W/mK), ale wciąż wyższa niż wartość docelowa operatora. Dzięki iteracyjnym dostosowaniom receptury badacze uzyskali formułę powłoki o średniej przewodności wynoszącej 0,1808 W/mK, która jest wyższa niż typowa wartość powłoki i cel operatora ( Rysunek 2 )

Dodatkowe testy właściwości fizycznych nowej formuły wykazały, że niezawodne działanie w odwiercie jest porównywalne z powłokami poprzedniej generacji. Powłoka izolacyjna wykazywała doskonałą odporność na uderzenia, chemikalia i ścieranie oraz doskonałe właściwości zmniejszające korozję; Wszystko to pomogło zweryfikować trwałość powłok w trudnych warunkach wierceń geotermalnych.

Powłokę nakłada się równomiernie i równomiernie, aby zmniejszyć chropowatość powierzchni i zwiększyć wydajność hydrauliczną. Gładka powierzchnia obudowy zapobiegnie gromadzeniu się wapna i innych stałych zanieczyszczeń, jednocześnie sprzyjając laminarnemu przepływowi płuczki wiertniczej w rurze. Poprawia to zdolność pompowania błota na powierzchnię i zapewnia dodatkowe korzyści chłodzące odwiert BHA.

Nowa powłoka osiągnęła te wyniki przy grubości 20–30 milicali (jednej tysięcznej cala); Specjaliści z branży zaznajomieni z tym rozwojem technologicznym dostrzegają skokową zmianę w działaniu, jakiej nie osiągnęła żadna inna powłoka.

Geotermia udowadnia swój potencjał na polach naftowych i gazowych

Operator energii geotermalnej, Departament Energii Stanów Zjednoczonych W projekcie badań geotermalnych FORGE Wywiercił dwa odwierty testowe za pomocą izolowanej, powlekanej rury wiertniczej, jeden w Nowym Meksyku, a drugi w Utah.

Odwiert w Nowym Meksyku został wykonany na całkowitą głębokość 5 000 metrów w zbiorniku o temperaturze do 250°C (480°F). W przypadku rury wiertniczej pokrytej otworem temperatura płuczki nie przekracza 95°C (203°F); Była to temperatura niższa od docelowej temperatury operatora wynoszącej 120°C, aby zapobiec uszkodzeniu BHA. Izolowana, powlekana rura dała podobne pozytywne wyniki w teście FORGE w Utah.

Zadowolony z wyników testów, operator zakupił dodatkowe izolowane, powlekane rury wiertnicze na potrzeby planowanego komercyjnego projektu geotermalnego w Europie.

Inne zastosowania geotermalne izolowanych rur wiertniczych czekają na operatorów, którzy uzyskają finansowanie i zgody organów regulacyjnych. Jednak w międzyczasie rury powlekane przyciągają uwagę operatorów naftowych i gazowych stojących przed podobnymi wyzwaniami związanymi z wierceniem złóż o temperaturze 150°C lub wyższej.

Operator na polu łupkowym Haynesville w Luizjanie użył izolowanej, powlekanej rury wiertniczej do wiercenia długich zboczy w formacjach w temperaturze 220°C (390°F). Rura wiertnicza pomogła odizolować płuczkę wiertniczą i elektronikę w wiertnicach kierunkowych od wysokich temperatur w złożach. Operator zamówił dwa kolejne ciągi izolowanych rur wiertniczych do przyszłych odwiertów. Inni operatorzy w regionie skontaktowali się z firmą Tuboskop w celu wdrożenia tych rur w swoich projektach wiertniczych.

Zrównoważone innowacje do szerokiego zakresu zastosowań

Zachęcony tymi wczesnymi sukcesami, Tuboskop aktywnie pracuje nad zastosowaniem technologii izolowanych obudów na większych obszarach i w bardziej wymagających środowiskach odwiertowych. Operatorzy naftowi i gazowi w południowym Teksasie, Norwegii i innych obszarach o wysokiej temperaturze pytają, w jaki sposób izolowane środowiska rur wiertniczych mogą usprawnić operacje wiertnicze.

Tuboskop opracowuje w laboratorium powłoki nowej generacji o niskiej przewodności cieplnej. Takie innowacje pomogą operatorom płytkich zbiorników o niskiej temperaturze zmniejszyć straty ciepła w rurach w celu wspierania takich zastosowań, jak ciepłownictwo, wytwarzanie energii o niskiej entalpii, szklarnie i hydroponika farmy.

Źródło: Pomyśl o Jeo Energy