Увеличение срока службы геотермальных скважин – новый исследовательский проект, финансируемый ЕС
В рамках проекта GeoWell, финансируемого ЕС, разрабатываются и тестируются новые надежные, экономичные и экологически безопасные технологии для высокотемпературных геотермальных скважин (HTGW) с целью дальнейшего развития геотермальной энергетики в Европе.
Новые концепции высокотемпературных геотермальных скважин ускорят разработку геотермальных ресурсов, как в Европе, так и во всем мире.
Пересмотренная Директива ЕС по возобновляемым источникам энергии устанавливает новую обязательную цель по возобновляемым источникам энергии на уровне не менее 32% к 2030 году с пунктом о возможном пересмотре в сторону увеличения к 2023 году. Это поможет устранить неопределенность в поставках энергии и уменьшить опасения по поводу глобального потепления. Одной из составляющих этой стратегии является рост геотермального сектора. В рамках проекта GeoWell были разработаны и испытаны новые надежные, экономичные и экологически безопасные технологии проектирования, мониторинга высокотемпературных геотермальных скважин (HTGW). Исследователи рассмотрели все соответствующие этапы процесса подготовки геотермальных скважин, включая технологии цементирования и герметизации, выбор материалов и соединения обсадных труб для продления срока службы HTGW. В состав консорциума вошли опытные разработчики геотермальной энергии, ведущие академические институты, крупные научно-исследовательские институты нефти и газа, малые и средние предприятия, имеющие доступ к исследовательским центрам мирового класса.
Испытание новых технологий.
Партнеры проекта сосредоточились как на традиционных добывающих скважинах, так и на более глубоких скважинах, где давление достигает 150 бар, а температура превышает 400 °C, испытывая технологии в лабораторных условиях и в существующих геотермальных условиях. Ученые исследовали новые цементные и герметизирующие технологии, материалы для обсадных труб и гибкие муфты для минимизации термомеханических нагрузок. Кроме того, была разработана технология оптоволоконного кабеля и приложения для измерения температуры и деформации в скважинах, которые были успешно испытаны при различных температурах и глубинах в скважинах, расположенных в Германии и Исландии.
Вилхьялмур Гудмундссон (Vilhjálmur Gudmundsson), директор по маркетингу и продажам компании Iceland Drilling, говорит, что процесс извлечения энергии оказывает огромное давление и ограничивает срок службы используемого в процессе оборудования и инфраструктуры: «Проблема геотермальной энергии в целом заключается в том, что вы имеете дело с большим количеством тепла. А когда нужно обслуживать скважины, их нужно охлаждать. «Это в конечном итоге может привести к разрушению оболочек из-за расширения».
Партнером проекта Geowell в Европейском союзе является компания Iceland GeoSurvey (ÍSOR), а также другие известные исследовательские учреждения, включая IRIS в Норвегии , GFZ в Германии , TNO в Нидерландах и BRGM во Франции.
Инновационные материалы.
Образцы цемента подвергались воздействию температур до 450 ° C в скважине Исландского проекта глубокого бурения (IDDP-1).
После лабораторного анализа при температуре окружающей среды результаты показали, что смеси портландцемента, включая кремнезем, подходят для использования в геотермальных условиях. Однако наличие водяных карманов может привести к повышению критического давления в цементных оболочках. «Эти результаты привели к разработке «перекачиваемого» цемента с пониженным содержанием воды без ухудшения его герметизирующих свойств», - говорит координатор проекта Арни Рагнарссон.
Команда также разработала пластичный промежуточный слой между цементом и обсадной колонной для поглощения деформаций, возникающих при изменении температуры, и оценила наноматериалы на предмет способности уменьшать трение. «Разработанный состав обладает многообещающими свойствами, имеет тонкий слой и способен снизить силы трения более чем в 10 раз», - поясняет Рагнарссон.
Большие перепады температур в геотермальных скважинах регулярно приводят к отказу обсадных труб. Поэтому исследователи разработали гибкие муфты, позволяющие перемещать сегменты обсадной колонны в осевом направлении, и испытали несколько полномасштабных прототипов. Испытания на растяжение также проводились на материале корпуса с использованием специальной высокотемпературной установки, в то время как испытания на коррозию проводились в автоклаве. Испытания гибкой муфты на объекте в настоящее время проводятся в рамках финансируемого ЕСПроект DEEPEGS по обеспечению доступности технологий для геотермальной промышленности.
Основные преимущества.
Технологии проектирования и мониторинга, разработанные GeoWell, обеспечивают значительные экономические выгоды за счет снижения риска разрушения обсадных труб и улучшения методов мониторинга рисков. Кроме того, разработка новых материалов и инновационных решений поможет улучшить целостность и безопасность HTGW, снизить потребность в работах по техническому обслуживанию и продлить срок службы HTGW. Технологии GeoWell могут применяться в глубоких геотермальных скважинах в широком диапазоне температур во всех странах Европы.