Trivellatrici contro granito: l'hard rock sta perdendo il suo vantaggio

Nel sito di prova dello Utah FORGE, stanno perforando pozzi per cercare di realizzare qualcosa che altri non sono riusciti a fare in 50 anni di tentativi: iniettare acqua nella roccia calda e produrre abbastanza vapore per alimentare un generatore elettrico commerciale.

Ci sono molte ragioni per cui è difficile, in particolare trovare un modo per utilizzare la fratturazione per creare ciò che equivale a un’inondazione d’acqua ad alto volume e a movimento lento che riscalda l’acqua mentre scorre da un pozzo di iniezione a un pozzo di produzione.

Probabilmente saranno necessarie più coppie di pozzi per centrale elettrica, quindi un altro problema è trovare un modo per accelerare la perforazione, che nel sito richiede la perforazione di un miglio di granito a temperature superiori a 400°F.

"Questo approccio richiederà centinaia e centinaia di pozzi. La sfida è il costo, come in un pozzo non convenzionale", ha affermato Fred Dupriest, professore di pratiche di ingegneria presso la Texas A&M University, mentre presentava un documento alla recente conferenza internazionale di perforazione SPE/IADC ( SPE208798).

Il paragone con lo scisto è appropriato perché è stato portato allo Utah FORGE per insegnare ai perforatori come utilizzare l'hardware e i metodi che hanno accelerato la perforazione non convenzionale per accelerare la perforazione attraverso la roccia dura.

L’alto costo della perforazione lenta nella roccia dura ha ispirato idee futuristiche come l’utilizzo dell’energia del plasma per disintegrare la roccia dura. La tecnologia è stata alla base di una startup, GA Drilling, recentemente acquistata da Nabors che spera di commercializzarla per le sezioni di roccia dura.

La sfida affrontata da Dupriest e dal suo partner del progetto, Sam Noynaert, professore associato di pratica ingegneristica presso la Texas A&M, è stata quella di dimostrare che metodi di perforazione più rapidi sono possibili utilizzando la tecnologia disponibile.

Il futuro dell’energia geotermica dipende da sforzi come quello di Utah FORGE, finanziato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), per superare le barriere sotterranee che hanno limitato l’energia geotermica a meno dell’1% della fornitura elettrica degli Stati Uniti.

La crescita è stata limitata dalle risorse disponibili. Ci sono così pochi posti negli Stati Uniti o nel mondo che combinano riscaldamento geotermico, acqua e fratture naturalmente conduttive che rendono possibile perforare pozzi che producono vapore surriscaldato.

D'altro canto non è difficile trovare roccia calda e secca. Se si riuscissero a costruire sistemi redditizi per iniettare l’acqua in formazioni calde e produrre abbastanza acqua molto calda, le centrali geotermiche potrebbero essere posizionate vicino ai grandi mercati energetici urbani.

I professori della Texas A&M sono stati assunti per insegnare ai perforatori come ridurre il tempo necessario per perforare un pozzo di iniezione e due pozzi verticali che osserveranno l'impatto della fratturazione e dei futuri flussi d'acqua (Fig. 1).

Dupriest ha riconosciuto che ciò che è considerato veloce nello scisto è molto più veloce di ciò che è possibile fare nella roccia dura, che ha descritto come "5.000 piedi di piano di lavoro della cucina". Ma ha aggiunto che “i tipi di problemi che limitano il tasso di perforazione e il modo in cui li gestisci non sono diversi”.

Hanno combinato alcuni cambiamenti evidenti per i perforatori di scisto, come l'utilizzo di punte PDC (frese compatte in diamante policristallino su un corpo solido che viene ruotato durante la perforazione), al cambiamento del modo in cui i perforatori gestiscono il processo insegnando loro un flusso di lavoro "basato sulla fisica, riprogettazione del limitatore" .

La fisica si riferisce alla comprensione della teoria. In un mondo perfetto, aggiungere più peso sulla punta (WOB) significherà una perforazione più rapida. La realtà è che ci sono dei limiti che un perforatore può riconoscere utilizzando una misura dell’efficienza di perforazione: l’energia meccanica specifica (MSE). L’andamento dei dati MSE svolge un ruolo fondamentale nel diagnosticare quali problemi si nascondono dietro gli ostacoli a una perforazione più rapida.

La riprogettazione del limitatore è il processo utilizzato per diagnosticare l'origine dei limiti prestazionali o delle disfunzioni e trovare un modo per prevenirli. Le soluzioni spesso richiedono il contatto con ingegneri, fornitori o esperti per una consulenza. Per una spiegazione più completa del metodo, vedere Ulteriori letture alla fine di questo articolo.

Su tre pozzi la squadra di perforazione ha ridotto i tempi di pozzo di "più della metà". Sulla base dei loro risultati, una perforazione media di 100 piedi/ora era una velocità di perforazione realistica nel granito, ma è possibile anche di più. Secondo gli autori dell'articolo, il metodo ha inoltre consentito loro di prolungare la durata della punta da una corsa di 742 piedi sul primo pozzo a una corsa di 2.100 piedi per l'ultimo.