La geotermia exige herramientas extremas, pero ¿cuáles serán realmente necesarias?

Por ahora, la energía geotérmica es un mercado diminuto con una extensa lista de deseos de equipos de alta temperatura y otras ideas sobre herramientas.

A primera vista, perforar y completar pozos duraderos y de alta capacidad en roca extremadamente dura y caliente está más allá de las capacidades de gran parte del hardware y los suministros disponibles.

"Mucha gente piensa, está bien, está tratando de fracturar hidráulicamente pozos geotérmicos. Lo primero que les viene a la mente es ¿cómo van a hacer eso a altas temperaturas? ¿Van a funcionar sus herramientas de fondo de pozo... alámbricos, tapones de fracturación, etc.", dijo Jack Norbeck, cofundador y CTO de Fervo Energy.

Hizo ese punto durante el panel de discusión de apertura en la reciente Conferencia y Exposición de Tecnología de Fracturación Hidráulica (HFTC) de SPE al describir un caso en el que encontraron alternativas de menor costo a un tapón desarrollado para condiciones extremadamente calientes.

Esto no quiere decir que no se necesitarán nuevas herramientas para inyectar agua a través de fracturas en roca seca y caliente y producir vapor para la generación de energía y otros usos.

Pero en esta etapa inicial de prueba, no está claro qué se requerirá en última instancia en función de los programas de prueba que intentan mejorar el hardware y los métodos y desarrollar otros nuevos.

El financiamiento del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) para Utah FORGE está pagando las pruebas en un sitio de prueba geotérmica altamente instrumentado y la búsqueda y evaluación de herramientas para el trabajo subterráneo en pozos futuros, que probablemente estén más calientes que la roca en los sitios de prueba actuales.

"El futuro de la geotermia es más profundo y cálido, lo que conducirá a una producción de energía significativamente mayor", dijo John McLennan, profesor asociado de la Universidad de Utah que trabaja en la gestión de yacimientos en FORGE.

Es posible que las soluciones temporales que reducen el alto costo de las pruebas no funcionen si los pozos futuros producen vapor más caliente y de mayor valor.

"Estamos en el extremo inferior de la escala de temperatura geotérmica para EGS (sistemas geotérmicos mejorados) en este momento", dijo McLennan.

Las preocupaciones a largo plazo incluyen la necesidad de métodos e instrumentos de laboratorio para probar equipos y materiales que se utilizarán para esos pozos extremos.

Un documento presentado en el 48º Taller sobre Ingeniería de Yacimientos Geotérmicos realizado en la Universidad de Stanford en febrero pidió una "instalación para estudiar el comportamiento de rocas, apuntalantes, desviadores, cementos, instrumentación y equipos" construidos para pozos geotérmicos.

"El equipo de prueba de laboratorio actualmente disponible generalmente está limitado a temperaturas de 300 °C o menos, con mayor frecuencia a temperaturas por debajo de 200 °C", según el artículo de AltaRock Energy y Blade Energy, que agregó que lo que está disponible a menudo solo puede probar pequeños muestras de tamaño.

Pero los ingenieros nunca dejarán de buscar métodos probados de menor costo.

En el sitio de prueba geotérmica de FORGE, demostraron que es posible perforar significativamente más rápido a través de roca dura usando un método desarrollado por Fred Dupriest, un profesor de Texas A&M que lo desarrolló mientras estaba en ExxonMobil. Ese método de mejora de procesos condujo a modificaciones de brocas, pero nada realmente nuevo y diferente.

Fervo dijo sobre su sitio de prueba de Nevada, el "proyecto se completó utilizando herramientas y tecnología de perforación y terminación que ya existen comúnmente en la industria", en un documento presentado en el taller de Stanford.

algunas necesidades

La lista de deseos de equipos de FORGE ha crecido desde que perforó su primer pozo. Mientras describía en HFTC una prueba de fracturamiento realizada la primavera pasada en el sitio de FORGE, McLennan ofreció algunos consejos sobre geófonos. Pueden ser "realmente sensibles a las temperaturas" (SPE 212346).

Su comentario se basó en las fallas de los geófonos que limitaron la recopilación de datos microsísmicos mientras se fracturaba un pozo hace un año. Desde entonces, lanzaron un proyecto para cambiar a cables de fibra óptica, que son más tolerantes al calor, para la recopilación de datos de fondo de pozo.

Hay dos pares de socios que trabajan en ese problema: la Universidad Rice y Shell están en un equipo, y el otro equipo comprende la Universidad de Texas en Austin y Silixa, una empresa de fibra óptica.

Otro desafío para FORGE fue encontrar geles que pudieran resistir las altas temperaturas e ingenieros con experiencia en roca caliente.

"Algunas opciones antiguas ya no están disponibles y algunos expertos en la materia (SME) ya no están disponibles", dijo McLennan, durante una presentación de HFTC.

Después de la charla, se trasladó a un vestíbulo fuera de las salas utilizadas para las sesiones técnicas, donde fue un imán para las pymes con preguntas sobre FORGE y algunas sugerencias.

Una PYME con una larga experiencia en fracturamiento químico le contó sobre un gel de alta temperatura que patentó hace años y que podría funcionar en pozos aún más calientes. Sin embargo, hacerlo requeriría un trato con la gran empresa de servicios que adquirió a su antiguo empleador y su propiedad intelectual.

La necesidad de gel puede depender de los resultados de una etapa en las primeras pruebas de fracturamiento de FORGE donde bombearon para ver si les permitía manejar mejor el crecimiento de la fractura.

Según lo que pudieron observar durante la prueba, el gel de polímero reticulado podría haber ayudado. McLennan dijo que, según su modelo de fractura, observaron un mayor crecimiento en altura y la creación de fracturas planas simples.

Pero esa es una primera impresión de una prueba de una sola etapa basada en gran medida en imágenes microsísmicas. Lo que aprendan al perforar un pozo a través del área fracturada y hacer pruebas de inyección les dará más información.

Problemas de enchufe

Para los ingenieros de Fervo y FORGE, los enchufes son un problema. La exposición al calor en un pozo de 400 °F hará que la mayoría de los elastómeros se vuelvan rígidos e incapaces de formar un sello hermético en una superficie irregular.

Entre los expertos con los que McLennan se reunió en el vestíbulo de HFTC estaba Robert Coon, vicepresidente de operaciones de PetroQuip Energy Services, quien estaba haciendo un seguimiento de su reunión del día anterior para ver dos herramientas que están construyendo para pozos para temperaturas de hasta 475 °F. McLennan pudo ver una herramienta de aislamiento y un empacador de agujero abierto que están construyendo y probando en las instalaciones de la compañía en Waller para FORGE.

El fabricante de equipos ve la geotermia como una oportunidad para los proveedores con ideas para hacer las cosas mejor. Pero eso viene con cierta incertidumbre sobre lo que los clientes necesitarán en última instancia.

"Nadie ha ideado una mejor manera definitiva" de completar los pozos necesarios para inyectar y producir agua que fluye a través de la roca caliente, dijo Coon.

Para FORGE, PetroQuip está construyendo un empacador de agujero descubierto con un elemento de sellado de 12 pulgadas de largo y un tapón de puente utilizando plásticos térmicos para sellar a esa temperatura extrema.

FORGE quiere reemplazar el tapón del puente que usó para aislar las etapas en su primera prueba de fracturamiento porque tuvo que instalarse con tubería de perforación, lo que agregó el costo de usar una plataforma de perforación para fracturar, dijo McLennan.

Lo que están construyendo en PetroQuip se puede ejecutar utilizando tubería flexible, por lo que no se requiere equipo de perforación, y posiblemente podría bombearse utilizando un cable eléctrico.

Cualquier cosa menos que tubería flexible para un enchufe diseñado para 7 pulgadas. la cubierta preocupa a Coon porque eso no es algo que haya visto hecho de manera efectiva en un lateral de diámetro tan grande.

Enfriador mientras se fractura

Previamente, Fervo pasó por un proceso similar de desarrollo de tapones. Trabajó con un proveedor para construir un tapón clasificado para pozos de 400 °F con financiamiento del DOE. Pero también encontró tapones listos para usar de menor costo para fracturar en pozos de petróleo y gas de temperatura más alta.

"Nuestro objetivo es generalmente de 375 ° a 425 ° F. Por lo tanto, no estamos hablando de temperaturas extremas, pero ya sabes, más altas incluso que los campos de petróleo y gas más calientes como Haynesville", dijo Norbeck.

Según el cable de fibra óptica de Fervo en su pozo de prueba en Nevada, la temperatura más alta dentro de la carcasa fue de alrededor de 250 °F. Eso abrió la puerta a varias porciones de menor costo.

Para asegurarse de que tenían los números correctos, usaron datos de fondo de pozo para modelar cuánto aumentó la temperatura cuando no estaban bombeando una etapa.

Con base en ese trabajo, que asumió que la temperatura en el yacimiento era de 400 °F, la temperatura podría alcanzar un máximo de 265 °F incluso cuando las bombas estuvieran apagadas durante la fracturación.

"De hecho, nos sentimos bastante seguros de que podríamos ejecutar estos enchufes de temperatura más baja que son más estándar (y) de menor costo. Y estaríamos bien", dijo.

Siguieron utilizando con éxito varios enchufes de bajo costo.

"Solo menciono esto como un ejemplo de algo en lo que la primera intuición de las personas es decir, está bien, este fue un problema realmente desafiante, debido a las condiciones de alta temperatura".

Pero cuando los ingenieros estudiaron los datos dentro del pozo, vieron que había opciones para ahorrar costos.

PARA LEER MÁS

Necesidad de desarrollar una instalación para estudiar el comportamiento de rocas, apuntalantes, desviadores, cementos, instrumentación y equipos en condiciones superiores a las supercríticas por Susan Petty, Matthew Uddenberg y Geoffrey Garrison, et al., AltaRock Energy.

Una revisión de la perforación, finalización y estimulación de un sistema de pozos geotérmicos horizontales en el centro-norte de Nevada por Jack Norbeck, Timothy Latimer y Christian Gradl, et al., Fervo Energy.

SPE 212346 Estimulación de un depósito granítico de alta temperatura en el sitio FORGE de Utah por John McLennan, Universidad de Utah; Kevin Inglaterra, EK Petro Consulting LLC; Peter Rose, Joseph Moore y Ben Barker, Instituto de Energía y Geociencias, Universidad de Utah.