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Apr 12, 2023

Perfuradores vs. Granito: Hard Rock está perdendo sua vantagem

No local de teste Utah FORGE, eles estão perfurando poços para tentar realizar

No local de teste Utah FORGE, eles estão perfurando poços para tentar realizar algo que outros falharam em 50 anos de tentativas - injetar água em rocha quente e produzir vapor suficiente para alimentar um gerador elétrico comercial.

Existem muitas razões pelas quais é difícil, particularmente encontrar uma maneira de usar o fraturamento para criar o que equivale a uma inundação de água de alto volume e movimento lento que aquece a água à medida que flui de um poço de injeção para um poço de produção.

Vários pares de poços por usina provavelmente são necessários, então outro problema é encontrar uma maneira de acelerar a perfuração, que no local requer a perfuração de uma milha de granito a temperaturas superiores a 400 ° F.

"Essa abordagem exigirá centenas e centenas de poços. O desafio é o custo, como em um poço não convencional", disse Fred Dupriest, professor de práticas de engenharia da Texas A&M University, ao entregar um artigo na recente Conferência Internacional de Perfuração SPE/IADC ( SPE 208798).

A comparação com o xisto é adequada porque ele foi trazido para o Utah FORGE para ensinar aos perfuradores como usar o hardware e os métodos que aceleraram a perfuração em rochas duras.

O alto custo da perfuração lenta em rochas duras inspirou ideias futuristas, como o uso de energia de plasma para desintegrar rochas duras. A tecnologia foi a base de uma startup, a GA Drilling, que foi comprada recentemente pela Nabors, que espera comercializá-la para seções de rocha dura.

O desafio enfrentado por Dupriest e seu parceiro no projeto, Sam Noynaert, professor associado de prática de engenharia na Texas A&M, foi demonstrar que métodos de perfuração mais rápidos são possíveis usando a tecnologia disponível.

O futuro da energia geotérmica depende de esforços como os do Utah FORGE, que são financiados pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE), para superar as barreiras subterrâneas que limitaram a energia geotérmica a menos de 1% do fornecimento elétrico dos EUA.

O crescimento tem sido limitado pelos recursos disponíveis. Existem tão poucos lugares nos EUA ou no mundo que combinam aquecimento geotérmico, água e fraturas naturalmente condutoras que tornam possível perfurar poços que produzem vapor superaquecido.

Por outro lado, não é difícil encontrar rocha quente e seca. Se sistemas lucrativos puderem ser construídos para injetar água em formações quentes e produzir água muito quente o suficiente, as usinas geotérmicas poderão ser localizadas perto de grandes mercados urbanos de energia.

Os professores da Texas A&M foram contratados para ensinar aos perfuradores como reduzir o tempo necessário para perfurar um poço de injeção e dois poços verticais que observarão o impacto do fraturamento e futuros fluxos de água (Fig. 1).

Dupriest reconheceu que o que é considerado rápido em xisto é muito mais rápido do que é possível em hard rock, que ele descreveu como "5.000 pés de bancada de cozinha". Mas ele acrescentou que "os tipos de problemas que restringem a taxa de perfuração e a maneira como você lida com eles não são diferentes".

Eles combinaram algumas mudanças óbvias para perfuradores de xisto, como o uso de brocas PDC - cortadores compactos de diamante policristalino em um corpo sólido que é girado durante a perfuração - para mudar a forma como os perfuradores gerenciam o processo, ensinando-lhes um fluxo de trabalho "baseado em física e redesenho do limitador". .

A física refere-se a uma compreensão da teoria. Em um mundo perfeito, adicionar mais peso à broca (WOB) significará uma perfuração mais rápida. A realidade no terreno é que existem limites que um perfurador pode reconhecer usando uma medida de eficiência de perfuração - energia específica mecânica (MSE). A tendência de dados MSE desempenha um papel crítico no diagnóstico de quais problemas estão por trás das barreiras para uma perfuração mais rápida.

O redesenho do limitador é o processo usado para diagnosticar a origem dos limites de desempenho, ou disfunções, e encontrar uma maneira de evitá-los. As soluções geralmente exigem o contato de engenheiros, fornecedores ou especialistas para obter orientação. Para obter uma explicação mais completa do método, consulte Para leitura adicional no final deste artigo.

Em três poços, a equipe de perfuração reduziu o tempo de poço em "mais da metade". Com base em seus resultados, perfurar uma média de 100 pés/h foi uma velocidade de perfuração realista em granito e mais é possível. O método também permitiu estender a vida útil da broca de 742 pés no primeiro poço para 2.100 pés no último, de acordo com os autores do artigo.