FORGE projesinden jeotermal matkap performansına ilişkin bir derleme yayınlandı

Sandia Ulusal Laboratuvarları makine mühendisi Melanie Schneider, polikristalin elmas kompakt bir uç tutuyor. Sandia ve diğer yerlerde onlarca yıl süren araştırmalara rağmen, bu uçlar ancak yakın zamanda jeotermal kuyu delme için uygulanabilir hale geldi. (kaynak: Craig Fritz / Sandia Ulusal Laboratuvarları)

Merve Uytun 6 Ara 2024

Sandia Ulusal Laboratuvarları (SNL), güneybatı Utah’taki Jeotermal Enerji Araştırmaları için Sınır Gözlemevi ( FORG ) projesinin bir parçası olarak dört jeotermal kuyunun delinmesine dayalı matkap ucu performansına ilişkin ayrıntılı bir rapor ve derleme yayınladı. Toplu olarak “Sondaj Süreci Modelleme Kısıtlamalarını Kullanarak Sondaj Parametresi Verilerinin Analizi” olarak bilinen çalışmanın sonuçları aşağıdaki makalelerde özetlenmiştir:

• Cilt 1: Utah FORGE Wells 16A(78)-32, 56-32, 78B-32 ve 16B(78)-32’nin Özeti ( https://doi.org/10.2172/2462933 )
• Cilt 3: Utah FORGE Kuyusu 56-32 ( https://doi.org/10.2172/2462932 )
• Cilt 4: Utah FORGE Kuyusu 78B-32 ( https://doi.org/10.2172/2462931 )
• Cilt 5: Utah FORGE Kuyusu 16B(78)-32 ( https://doi.org/10.2172/2462930 )

SNL’nin FORGE projesi sondaj kayıtları üzerinde yaptığı analiz, sondaj maliyetlerini düşürmek amacıyla, jeotermal kuyu sondajında ​​konum ve derinliğe göre doğru matkap ucunun seçimi konusunda bir miktar rehberlik sağlamayı amaçlamaktadır.

“FORGE sahasında, yaklaşık 10.000 fit derinliğe kadar bir dizi kuyu açıldı ve bunlar büyük ölçüde  polikristalin elmas kompakt uçlarla açıldı, ” dedi  Sandia makine mühendisi  ve analizin lideri David Raymond. “Bu, 40 yıllık geçmişlerinde jeotermal sondaj için elmas uçların en büyük uygulamalarından biri. Kullanılan tüm matkap uçlarının ve performanslarının bir özetini hazırladık.”

ABD Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen Utah FORGE projesi, dünya çapında jeotermal kaynakların kullanımını ilerletmek için Gelişmiş Jeotermal Sistemler teknolojilerinde çığır açan buluşları geliştirmek, test etmek ve hızlandırmak için özel bir yeraltı saha laboratuvarıdır. FORGE ekibi bu yılın başlarında, uzun vadeli sirkülasyon testlerinden başarılı sonuçlar duyurdu ve bu sonuçlar, uyarılmış jeotermal rezervuar boyunca iyi bir bağlantı olduğunu gösteriyor.

Raymond liderliğindeki ve makine mühendisi Melanie Schneider ile birlikte Sandia araştırma ekibi, FORGE sahasında delinmiş dört kuyudan sondaj kulesi verilerini analiz ederek her polikristalin elmas kompakt ucun tepki verilerine ve operasyon sonrası fotoğraflarına baktı. Polikristalin elmas kompakt uçların, petrol ve gaz sondajı için silindir uçlardan daha uygun maliyetli olduğu kanıtlanmıştır. Bu derleme, jeotermal sondaj için de aynısını yapmaya yardımcı olabilir.

Daha iyi matkaplar için analiz

FORGE sahasında enjeksiyon, üretim ve izleme için dört kuyu açıldı, esas olarak polikristalin elmas kompakt uçlar kullanıldı. Bu uçlar, disk şeklindeki kesiciler biçiminde laboratuvarda üretilen elmasların mukavemetini kullanır. Bu kesicilerin çoğu, kayayı en iyi şekilde kesmek için tasarlanmış belirli bir düzenlemede uca gömülüdür. Bu uçlardaki endüstriyel elmaslar küçüktür, estetikten ziyade laboratuvarda mukavemet için yetiştirilir.

Matkap ucu performansını değerlendirmek için Sandia ekibi dört temel parametre hakkında veri topladı: sondaj kulesi tarafından matkap ucuna uygulanan kuvvet, operatörler tarafından ayarlanan dönüş hızı, delme hızı ve bu hıza ulaşmak için gereken güç ve bu sayıları bir bilgisayar modeline yerleştirdi. Algoritmayı, matkap ucu ile kaya arasındaki etkileşimi modellemek ve bunu tek bir standart elmas kesicinin tepkisiyle karşılaştırmak için kullandılar.

MediaBroll-HardRockDrillingFacility_2024-03-14.mp4?_=1

Ekip ayrıca sondaj maliyetlerini de göz önünde bulundurarak, sondaj hızı ile delinen mesafe arasındaki dengeyi ve bunun her bir matkapla delinen ayak başına maliyete nasıl etki ettiğini analiz etti. Raymond, jeotermal kuyu sondajında ​​önde gelen maliyetlerden birinin günlük bir sondaj kulesi kiralama masrafı olduğunu söyledi. Ancak Schneidier, bunun daha hızlı sondaj yapmanın her zaman en uygun maliyetli çözüm olduğu anlamına gelmediğini vurguladı. Zaten delinmiş derinliğe ve kuyunun dibine yeni bir matkap yerleştirmek için geçen zamana bağlı olarak, daha yavaş ve daha istikrarlı bir yaklaşımın daha uygun maliyetli olabileceğini ekledi Raymond.

Schneider, “Büyük bir maliyet, derinlikte olduğunuzda deliğe girip çıkmanın ne kadar sürdüğüdür,” dedi. “Raporlamamızdan çıkardığımız en önemli sonuç, bunun mutlaka hızlı gitmek veya daha fazla güç kullanmakla ilgili olmadığıdır; önemli olan, matkabın ömrünü uzatmaya çalışmak ve her birinden en iyi şekilde yararlanmaktır. FORGE’daki dört kuyu boyunca delme performansında zaten büyük bir iyileşme görüyoruz.”

Elmas uçlar üzerinde çalışmanın tarihi

Elmas tabanlı matkap uçlarının tarihi Sandia Ulusal Laboratuvarları ile yakından iç içedir. 1980’lerin başlarında, sentetik elmas üretiminin ortaya çıkmasıyla birlikte, ABD Enerji Bakanlığı Sandia’da jeotermal sistemlerde delme için elmas tabanlı matkap uçları geliştirmek üzere araştırmaları destekledi.

David Glowka liderliğindeki Sandia araştırmacıları, laboratuvarda çeşitli üreticilerin elmas kesicilerini test ederek kesme açısına ve diğer parametrelere bağlı olarak kayayı çizmek için gereken kuvvetleri ölçtüler. Bu deneylerden elde edilen veriler, herhangi bir matkap ucu tasarımındaki kuvvetlerin simülasyonuna izin veren bir bilgisayar modeline aktarıldı. Daha sonra bu kod kamuoyuna açıklandı ve matkap ucu şirketlerine, uçlarındaki kesicilerin tasarımını bilgilendirmek için sağlandı; bu da endüstriyi harekete geçirmede etkili oldu.

Petrol ve gaz endüstrisi o zamandan beri elmas uçların kullanımını yaygın olarak benimsedi. Ancak, jeotermal sahalarda sondajda, yüksek sıcaklık ve sert kayaların matkap uçlarının çok çabuk aşınmasına neden olması gibi zorluklar devam ediyordu. Sandia, yıllar boyunca jeotermal sondaj için elmas uçlarını rafine etmeye, sert kayalardaki belirli titreşimlerin hesaplamalı modellemesini yapmaya ve son derece sert kayalarda elmas uç kullanımını iyileştirmek için saha testlerine katılmaya devam etti.

Raymond, FORGE tesisindeki bu bit performansı derlemesinin, bit üreticilerinin daha iyi performans gösteren bitler tasarlamalarına ve jeotermal kuyu sondajcılarının kendi koşullarına en uygun bitleri seçmelerine yardımcı olmasını umuyor. Her ikisi de istikrarlı, temiz elektrik üreten jeotermal enerji santralleri için başlangıç ​​maliyetlerini düşürmeye yardımcı olmalı.

Raymond, “Polikristalin elmas kompakt uçların jeotermal sondaj için uygulanabilir bir çözüm olduğu noktaya gelmek uzun bir yoldu,” dedi. “Hız ve kullanım ömrünü dengelemek için kesicileri uç boyunca nasıl yerleştirmeniz gerektiği sezgisel olarak açık değil, ancak analizimiz bunu başardı. Bu sentetik elmas uçlarda neyin işe yarayıp neyin yaramadığına dair burada inanılmaz bir bilgi zenginliği var.”

Kaynak: ThinkGeoEnergy