Бурильщики против гранита: хард-рок теряет свое преимущество

На испытательном полигоне FORGE в Юте они бурят скважины, пытаясь добиться того, чего другие не смогли сделать за 50 лет попыток: закачать воду в горячую породу и произвести достаточно пара для питания коммерческого электрогенератора.

Есть много причин, почему это сложно, особенно найти способ использовать гидроразрыв для создания того, что можно назвать медленным, большим объемом заводнения, которое нагревает воду, когда она течет из нагнетательной скважины в добывающую скважину.

Вероятно, потребуется несколько пар скважин на одну электростанцию, поэтому еще одной проблемой является поиск способа ускорить бурение, которое на объекте требует бурения через милю гранита при температуре, превышающей 400°F.

«Для этого подхода потребуются сотни и сотни скважин. Проблема заключается в стоимости, как и в случае с нетрадиционной скважиной», — сказал Фред Дюприст, профессор инженерной практики Техасского университета A&M, выступая с докладом на недавней Международной конференции по бурению SPE/IADC ( ОНП 208798).

Сравнение со сланцем уместно, потому что его пригласили в Юту FORGE, чтобы учить бурильщиков, как использовать оборудование и методы, ускоряющие бурение нетрадиционных месторождений, для ускорения бурения твердых пород.

Высокая стоимость медленного бурения твердых пород вдохновила на футуристические идеи, такие как использование энергии плазмы для разрушения твердых пород. Эта технология легла в основу стартапа GA Drilling, который недавно был куплен компанией Nabors, которая надеется коммерциализировать ее для обработки участков твердых пород.

Задача, с которой столкнулся Дюприст и его партнер по проекту Сэм Нойнаерт, доцент кафедры инженерной практики Техасского университета A&M, заключалась в том, чтобы продемонстрировать, что с использованием доступных технологий возможны более быстрые методы бурения.

Будущее геотермальной энергии зависит от таких усилий, как проект Utah FORGE, который финансируется Министерством энергетики США (DOE), по преодолению подземных барьеров, которые ограничивают долю геотермальной энергии менее чем 1% в электроснабжении США.

Рост был ограничен имеющимися ресурсами. В США и в мире так мало мест, где сочетаются геотермальное отопление, вода и естественные проводящие трещины, позволяющие бурить скважины, производящие перегретый пар.

С другой стороны, найти горячую сухую породу несложно. Если удастся построить прибыльные системы для закачки воды в горячие пласты и производства достаточного количества очень горячей воды, геотермальные электростанции можно будет расположить вблизи крупных городских рынков электроэнергии.

Профессора Техасского университета A&M были наняты для обучения бурильщиков тому, как сократить время, необходимое для бурения нагнетательной скважины и двух вертикальных скважин, которые позволят наблюдать влияние гидроразрыва и будущие потоки воды (рис. 1).

Дюпри признал, что то, что считается быстрым в сланце, гораздо быстрее, чем то, что возможно в твердой породе, которую он описал как «5000 футов кухонной столешницы». Но он добавил, что «типы проблем, которые ограничивают темпы бурения, и способы их решения ничем не отличаются».

Они объединили некоторые очевидные изменения для бурильщиков сланцевых скважин, такие как использование долот PDC — поликристаллических алмазных компактных резцов на твердом корпусе, который вращается во время бурения, — с изменением того, как бурильщики управляют процессом, обучая их рабочему процессу «основанного на физике, с перепроектированием ограничителей». .

Физика относится к пониманию теории. В идеальном мире увеличение веса долота (WOB) будет означать более быстрое бурение. Реальность такова, что существуют ограничения, которые бурильщик может распознать, используя показатель эффективности бурения — удельную механическую энергию (MSE). Динамика данных MSE играет решающую роль в диагностике проблем, стоящих за препятствиями на пути более быстрого бурения.

Редизайн ограничителя — это процесс, используемый для диагностики источника ограничений производительности или дисфункций и поиска способа их предотвращения. Решения часто требуют обращения к инженерам, поставщикам или экспертам за советом. Более полное объяснение метода можно найти в разделе «Для дальнейшего чтения» в конце этой статьи.

На трех скважинах буровая бригада сократила время бурения «более чем вдвое». По их результатам, скорость бурения в граните в среднем 100 футов/час является реалистичной скоростью, но возможна и более высокая. По словам авторов статьи, этот метод также позволил им продлить срок службы долота с 742 футов в первой скважине до 2100 футов в последней.