圖1 PetroQuip能源服務(wù)公司的羅伯特·庫恩(左)展示猶他州的約翰·麥克倫南鍛造的12英寸，可承受極高溫度，用于裸眼封隔器的彈性體密封件。資料來源:PetroQuip。
目前，地?zé)崮苁且粋€(gè)很小的市場(chǎng)，有大量的高溫設(shè)備和其他關(guān)于工具的想法。
從表面上看，在極硬、極熱的巖石中鉆完持久、大容量的井超出了現(xiàn)有硬件和供應(yīng)的能力。
很多人認(rèn)為，你是在嘗試水力壓裂地?zé)峋?。他們想到的第一件事是如何在高溫下做到這一點(diǎn)? Fervo能源聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官杰克·諾貝克表示:“你的井下工具包括電纜、壓裂橋塞等是否有效?
在最近的SPE水力壓裂技術(shù)會(huì)議和展覽(HFTC)上，他在開場(chǎng)小組討論中闡述了這一點(diǎn)，當(dāng)時(shí)他們介紹了一個(gè)實(shí)例，即他們發(fā)現(xiàn)了一種成本更低的替代方案，可以用于極端高溫條件下的橋塞。
這并不是說不需要新的工具來通過干熱巖石的裂縫注水，并產(chǎn)生用于發(fā)電和其他用途的蒸汽。
但在測(cè)試的早期階段，尚不清楚基于試圖改進(jìn)硬件和方法并開發(fā)新方法的測(cè)試項(xiàng)目最終需要什么。
美國(guó)能源部為Utah FORGE提供資金，用于在一個(gè)高度儀器化的地?zé)嵩囼?yàn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，并為未來井的地下工作尋找和評(píng)估工具，這些工具可能比當(dāng)前試驗(yàn)點(diǎn)的巖石更熱。
“地?zé)岬奈磥頃?huì)更深、更熱，這將導(dǎo)致電力產(chǎn)量顯著提高，”猶他大學(xué)在FORGE研究?jī)?chǔ)層管理的副教授約翰·麥克倫南說。
如果未來的油井產(chǎn)出的蒸汽溫度更高、價(jià)值更高，那么目前降低測(cè)試成本的變通辦法可能就行不通了。麥克倫南說:“目前我們處于EGS(增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng))地?zé)釡囟确秶牡投恕?rdquo;
長(zhǎng)期的擔(dān)憂包括需要實(shí)驗(yàn)室方法和儀器來測(cè)試用于這些極端井的設(shè)備和材料。
今年2月在斯坦福大學(xué)舉行的第48屆地?zé)嵊筒毓こ萄杏憰?huì)上發(fā)表的一篇論文呼吁為地?zé)峋ㄔ煲粋€(gè)“研究巖石、支撐劑、分流劑、水泥、儀器儀表和設(shè)備行為的設(shè)施”。
AltaRock能源公司和Blade能源公司的論文稱:“目前可用的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備通常僅限于300°C或更低的溫度，通常溫度低于200°C。”該論文補(bǔ)充說，現(xiàn)有設(shè)備通常只能測(cè)試小尺寸樣品。
但工程師們永遠(yuǎn)不會(huì)停止尋找成本更低的可靠方法。
在FORGE地?zé)嵩囼?yàn)點(diǎn)，他們已經(jīng)證明，使用弗雷德•杜普里斯特教授在?？松梨诠ぷ髌陂g開發(fā)的方法，可以在堅(jiān)硬巖石中更快地鉆孔。這種工藝改進(jìn)方法導(dǎo)致了鉆頭的改進(jìn)，但并沒有什么真正的創(chuàng)新和不同。
在斯坦福大學(xué)研討會(huì)上發(fā)表的一篇論文中，F(xiàn)ervo談到了其內(nèi)華達(dá)州的測(cè)試基地，“該項(xiàng)目使用了業(yè)內(nèi)普遍存在的鉆井和完井工具和技術(shù)”。
圖2 由PetroQuip為FORGE設(shè)計(jì)和制造的橋塞將在Waller工廠進(jìn)行測(cè)試，溫度超過400°F。來源:PetroQuip。
一些需要
自從鉆下第一口井以來，F(xiàn)ORGE的設(shè)備需求清單不斷增加。在HFTC上描述了去年春天在FORGE現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的壓裂測(cè)試時(shí)，麥克倫南提出了一些關(guān)于地震檢波器的建議。它們可以“對(duì)溫度非常敏感”
他的評(píng)論是基于地震檢波器故障，這限制了一年前壓裂井時(shí)微地震數(shù)據(jù)的收集。從那時(shí)起，他們啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，轉(zhuǎn)向更耐熱的光纖電纜，用于井下數(shù)據(jù)收集。
有兩對(duì)合作伙伴正在研究這個(gè)問題:萊斯大學(xué)和殼牌公司組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，另一個(gè)團(tuán)隊(duì)由德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和光纖公司sililixa組成。
FORGE面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是找到能夠承受高溫的凝膠，以及具有熱巖石經(jīng)驗(yàn)的工程師。
麥克倫南在HFTC的一次演講中表示:“一些舊的選擇不再可用，一些主題專家也不再可用。”
一位在壓裂化學(xué)方面有長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的中小企業(yè)員工告訴他，他多年前申請(qǐng)了一種高溫凝膠專利，這種凝膠可能在更熱的井中工作。不過，這樣做需要與收購了他前雇主及其知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型服務(wù)公司達(dá)成協(xié)議。
對(duì)凝膠的需求可能取決于FORGE首次壓裂測(cè)試的一個(gè)階段的結(jié)果，在該測(cè)試中，他們通過泵注來觀察凝膠是否能更好地控制裂縫生長(zhǎng)。
根據(jù)他們?cè)跍y(cè)試中觀察到的情況，交聯(lián)聚合物凝膠可能有所幫助。麥克倫南說，基于他們的裂縫建模，他們觀察到更高的高度和簡(jiǎn)單平面裂縫的形成。
但這僅僅是基于微地震成像的單級(jí)測(cè)試的早期印象。他們從壓裂區(qū)域的鉆井和注入測(cè)試中學(xué)到的東西會(huì)告訴他們更多信息。
插頭的問題
對(duì)于Fervo和FORGE的工程師來說，插頭是個(gè)問題。暴露在400°F的高溫下，大多數(shù)彈性體會(huì)變得堅(jiān)硬，無法在不規(guī)則的表面形成緊密的密封。
麥克倫南在HFTC大廳會(huì)見的專家中包括PetroQuip能源服務(wù)的運(yùn)營(yíng)副總裁羅伯特·庫恩，他在前一天的會(huì)議上參觀了他們正在為溫度高達(dá)475°F的井建造的兩種工具。麥克倫南看到了他們正在為FORGE公司的Waller工廠建造和測(cè)試的隔離工具和裸眼封隔器。
這家設(shè)備制造商將地?zé)嵋暈楣?yīng)商的一個(gè)機(jī)會(huì)，他們有更好的想法。但這也帶來了一些不確定性，即客戶最終需要什么。
庫恩說，“還沒有人提出一個(gè)明確的最佳方法”來完成通過熱巖石注入和生產(chǎn)水所需的井。
對(duì)于FORGE，PetroQuip正在制造一種12英寸裸眼封隔器。-長(zhǎng)密封件和使用熱塑料在極端溫度下密封的橋塞。
麥克倫南說，在首次壓裂測(cè)試中，F(xiàn)ORGE希望更換用于隔離壓裂段的橋塞，因?yàn)闃蛉仨毷褂勉@桿進(jìn)行坐封，這增加了使用鉆機(jī)進(jìn)行壓裂的費(fèi)用。
他們?cè)赑etroQuip建造的設(shè)備可以使用連續(xù)油管運(yùn)行，因此不需要鉆機(jī)，并且可以使用電線泵送。
設(shè)計(jì)用于7英寸插頭的任何小于連續(xù)油管的材料，套管讓庫恩感到擔(dān)憂，因?yàn)樗麖奈匆娺^在如此大直徑的分支管中如此有效的套管。
壓裂時(shí)冷卻
之前，F(xiàn)ervo也經(jīng)歷過類似的插頭開發(fā)過程。它與一家供應(yīng)商合作，利用美國(guó)能源部的資助，建造了一個(gè)額定溫度為400華氏度的油井堵塞器。但它也發(fā)現(xiàn)了用于高溫油氣井壓裂的成本更低的現(xiàn)成塞子。
“我們的目標(biāo)通常是375°F到425°F。所以我們說的不是極端溫度，而是比海恩斯維爾等最熱的油氣田還要高。”麥克倫南說道。
根據(jù)Fervo在內(nèi)華達(dá)州測(cè)試井中的光纖電纜，套管內(nèi)的最高溫度約為250°F。這為幾個(gè)低成本部分打開了大門。
為了確保數(shù)據(jù)正確，他們使用井下數(shù)據(jù)來模擬不泵入一級(jí)時(shí)的溫度上升幅度。
在此基礎(chǔ)上，假設(shè)儲(chǔ)層溫度為400°F，即使在壓裂過程中關(guān)閉泵，溫度也可以達(dá)到265°F。“實(shí)際上，我們有信心能夠使用這些更標(biāo)準(zhǔn)、成本更低的低溫橋塞。我們會(huì)沒事的，”他說。隨后，他們成功地使用了幾種低成本的插頭。
“我只是舉個(gè)例子，人們的第一直覺是說，好吧，由于高溫條件，這是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問題。”但當(dāng)工程師們研究井內(nèi)數(shù)據(jù)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)有節(jié)省成本的選擇。
麥克倫南說，F(xiàn)ORGE公司希望更換其第一次壓裂測(cè)試中用于隔離各階段的橋塞，因?yàn)樗仨毷褂勉@桿進(jìn)行設(shè)置，這增加了使用鉆機(jī)進(jìn)行壓裂的費(fèi)用。
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