La géothermie exige des outils extrêmes, mais lesquels seront vraiment nécessaires ?

Pour l'instant, l'énergie géothermique est un petit marché avec une longue liste de souhaits d'équipements à haute température et d'autres idées sur les outils.

À première vue, le forage et l'achèvement de puits durables et de grande capacité dans des roches chaudes extrêmement dures dépassent les capacités d'une grande partie du matériel et des fournitures disponibles.

"Beaucoup de gens pensent, OK, vous essayez de fracturer hydrauliquement des puits géothermiques. Vous savez, la première chose qui leur vient à l'esprit est de savoir comment allez-vous faire cela à des températures élevées ? Vos outils de fond de trou vont-ils fonctionner... câble, bouchons de fracturation, etc. ", a déclaré Jack Norbeck, co-fondateur et directeur technique de Fervo Energy.

Il a fait valoir ce point lors de la table ronde d'ouverture de la récente conférence et exposition sur la technologie de fracturation hydraulique SPE (HFTC) en décrivant un cas où ils ont trouvé des alternatives moins coûteuses à un bouchon développé pour des conditions extrêmement chaudes.

Cela ne veut pas dire qu'aucun nouvel outil ne sera nécessaire pour injecter de l'eau à travers les fractures dans la roche chaude et sèche et produire de la vapeur pour la production d'électricité et d'autres utilisations.

Mais à ce stade précoce des tests, on ne sait pas ce qui sera finalement requis sur la base des programmes de test essayant d'améliorer le matériel et les méthodes et d'en développer de nouveaux.

Le financement du Département américain de l'énergie (DOE) pour Utah FORGE paie pour les tests sur un site de test géothermique hautement instrumenté et pour trouver et évaluer des outils pour les travaux souterrains dans les futurs puits, qui sont susceptibles d'être plus chauds que la roche sur les sites de test actuels.

"L'avenir de la géothermie est plus profond et plus chaud, ce qui conduira à une production d'électricité nettement plus élevée", a déclaré John McLennan, professeur agrégé à l'Université de l'Utah travaillant sur la gestion des réservoirs à FORGE.

Les solutions de contournement actuelles qui réduisent le coût élevé des tests peuvent ne pas fonctionner si les futurs puits produisent de la vapeur plus chaude et de plus grande valeur.

"Nous sommes actuellement au bas de l'échelle de température géothermique pour les EGS (systèmes géothermiques améliorés)", a déclaré McLennan.

Les préoccupations à long terme incluent le besoin de méthodes et d'instruments de laboratoire pour tester l'équipement et les matériaux à utiliser pour ces puits extrêmes.

Un article présenté lors du 48e atelier sur l'ingénierie des réservoirs géothermiques tenu à l'Université de Stanford en février appelait à une "installation pour étudier le comportement des roches, des agents de soutènement, des déviateurs, des ciments, des instruments et des équipements" construits pour les puits géothermiques.

"Les équipements de test de laboratoire actuellement disponibles sont généralement limités à des températures inférieures ou égales à 300°C, le plus souvent à des températures inférieures à 200°C", selon l'article d'AltaRock Energy et Blade Energy, qui ajoute que ce qui est disponible ne peut souvent tester que des échantillons de petite taille.

Mais les ingénieurs ne cesseront jamais de rechercher des méthodes éprouvées à moindre coût.

Sur le site d'essai géothermique FORGE, ils ont montré qu'il était possible de forer beaucoup plus rapidement dans la roche dure en utilisant une méthode développée par Fred Dupriest, un professeur Texas A&M qui l'a développée alors qu'il était chez ExxonMobil. Cette méthode d'amélioration des processus a conduit à des modifications du foret, mais rien de vraiment nouveau et différent.

Fervo a déclaré à propos de son site d'essai au Nevada, que "le projet a été réalisé à l'aide d'outils et de technologies de forage et de complétion qui existent déjà couramment dans l'industrie", dans un article présenté à l'atelier de Stanford.

Quelques besoins

La liste de souhaits d'équipement de FORGE s'est allongée depuis le forage de son premier puits. Tout en décrivant au HFTC un test de fracturation effectué au printemps dernier sur le site FORGE, McLennan a offert quelques conseils sur les géophones. Ils peuvent être "très sensibles aux températures" (SPE 212346).

Son commentaire était basé sur des pannes de géophone qui ont limité la collecte de données microsismiques lors de la fracturation d'un puits il y a un an. Depuis lors, ils ont lancé un projet visant à passer aux câbles à fibres optiques, qui sont plus tolérants à la chaleur, pour la collecte de données de fond.

Deux paires de partenaires travaillent sur ce problème : l'Université Rice et Shell font partie d'une équipe, et l'autre équipe comprend l'Université du Texas à Austin et Silixa, une entreprise de fibre optique.

Un autre défi pour FORGE était de trouver des gels capables de résister à la chaleur élevée et des ingénieurs expérimentés dans les roches chaudes.

"Certaines anciennes options ne sont plus disponibles et certains experts en la matière (PME) ne sont plus disponibles", a déclaré McLennan lors d'une présentation HFTC.

Après la conférence, il a déménagé dans un hall à l'extérieur des salles utilisées pour les sessions techniques, où il a attiré les PME avec des questions sur FORGE et quelques suggestions.

Une PME ayant une longue expérience dans la chimie de la fracturation lui a parlé d'un gel à haute température qu'il a breveté il y a des années et qui pourrait fonctionner dans des puits encore plus chauds. Cela nécessiterait cependant un accord avec la grande société de services qui a acquis son ancien employeur et sa propriété intellectuelle.

Le besoin de gel peut dépendre des résultats d'une étape des premiers tests de fracturation de FORGE où ils ont pompé pour voir si cela leur permettait de mieux gérer la croissance des fractures.

D'après ce qu'ils ont pu observer pendant le test, le gel de polymère réticulé a peut-être aidé. McLennan a déclaré que, sur la base de leur modélisation des fractures, ils ont observé une plus grande croissance en hauteur et la création de fractures planes simples.

Mais c'est une première impression d'un test en une seule étape basé fortement sur l'imagerie microsismique. Ce qu'ils apprendront en forant un puits dans la zone fracturée et en faisant des tests d'injection leur en dira plus.

Problèmes de prise

Pour les ingénieurs de Fervo et FORGE, les prises sont un problème. L'exposition à la chaleur dans un puits à 400 °F rendra la plupart des élastomères rigides et incapables de former un joint étanche sur une surface irrégulière.

Parmi les experts que McLennan a rencontrés dans le hall du HFTC, il y avait Robert Coon, le vice-président des opérations de PetroQuip Energy Services, qui faisait le suivi de leur réunion la veille pour voir deux outils qu'ils construisent pour des puits pour des températures allant jusqu'à 475 ° F. McLennan a pu voir un outil d'isolation et un packer à trou ouvert qu'ils construisent et testent dans l'usine de Waller de l'entreprise pour FORGE.

L'équipementier voit dans la géothermie une opportunité pour les fournisseurs qui ont des idées pour mieux faire les choses. Mais cela s'accompagne d'une certaine incertitude quant à ce dont les clients auront finalement besoin.

"Personne n'a trouvé de meilleur moyen défini" pour compléter les puits nécessaires pour injecter et produire de l'eau qui coule à travers la roche chaude, a déclaré Coon.

Pour FORGE, PetroQuip construit un obturateur à trou ouvert avec un élément d'étanchéité de 12 pouces de long et un bouchon de pont utilisant des plastiques thermiques pour l'étanchéité à cette température extrême.

FORGE souhaite remplacer le bouchon de pont qu'il a utilisé pour isoler les étapes de son premier test de fracturation, car il a dû être réglé à l'aide de tiges de forage, ce qui a ajouté les dépenses liées à l'utilisation d'une plate-forme de forage pour la fracturation, a déclaré McLennan.

Ce qu'ils construisent à PetroQuip peut être exécuté à l'aide de tubes enroulés, donc aucune plate-forme n'est requise, et pourrait éventuellement être pompé à l'aide d'un câble électrique.

Rien de moins qu'un tube enroulé pour une prise conçue pour 7 pouces. le boîtier inquiète Coon parce que ce n'est pas quelque chose qu'il a jamais vu faire efficacement dans un latéral d'un si grand diamètre.

Refroidisseur pendant la fracturation

Auparavant, Fervo a suivi un processus de développement de plug similaire. Il a travaillé avec un fournisseur pour construire un bouchon évalué pour des puits de 400 ° F avec un financement du DOE. Mais il a également trouvé des bouchons prêts à l'emploi à moindre coût pour la fracturation dans les puits de pétrole et de gaz à haute température.

"Nous visons généralement 375 ° à 425 ° F. Nous ne parlons donc pas de températures extrêmes, mais vous savez, même plus élevées que les champs de pétrole et de gaz les plus chauds comme Haynesville", a déclaré Norbeck.

D'après le câble à fibre optique de Fervo dans son puits d'essai au Nevada, la température la plus élevée à l'intérieur du boîtier était d'environ 250 °F. Cela a ouvert la porte à plusieurs portions à moindre coût.

Pour être sûrs qu'ils avaient les bons chiffres, ils ont utilisé des données de fond de trou pour modéliser l'augmentation de la température lorsqu'ils ne pompaient pas un étage.

Sur la base de ces travaux, qui supposaient que la température dans le réservoir était de 400 ° F, la température pouvait atteindre 265 ° F même lorsque les pompes étaient éteintes pendant la fracturation.

"Nous étions en fait assez confiants dans le fait que nous pouvions utiliser ces bougies à basse température qui sont plus standard (et) moins chères. Et tout irait bien", a-t-il déclaré.

Ils ont ensuite utilisé avec succès plusieurs prises à moindre coût.

"J'évoque simplement cela comme un exemple de quelque chose où la première intuition des gens est de dire, d'accord, c'était un problème vraiment difficile, en raison des conditions de température élevée."

Mais lorsque les ingénieurs ont étudié les données du puits, ils ont vu qu'il existait des options permettant de réduire les coûts.

POUR PLUS DE LECTURE

Nécessité de développer une installation pour étudier le comportement des roches, des agents de soutènement, des déviateurs, des ciments, de l'instrumentation et de l'équipement dans des conditions supérieures aux conditions supercritiques par Susan Petty, Matthew Uddenberg et Geoffrey Garrison, et al., AltaRock Energy.

Un examen du forage, de l'achèvement et de la stimulation d'un système de puits géothermiques horizontaux dans le centre-nord du Nevada par Jack Norbeck, Timothy Latimer et Christian Gradl, et al., Fervo Energy.

SPE 212346 Stimulation d'un réservoir granitique à haute température sur le site FORGE de l'Utah par John McLennan, Université de l'Utah ; Kevin Angleterre, EK Petro Consulting LLC ; Peter Rose, Joseph Moore et Ben Barker, Energy & Geoscience Institute, Université de l'Utah.