RS64779B1 - Postupak za obrazovanje visokoefikasnih geotermalnih bušotina - Google Patents

Description

Opis

OBLAST TEHNIKE

[0001] Ovaj pronalazak odnosi se na stvaranje geotermalnih bušotina, a određenije se ovaj pronalazak odnosi na postupke za modifikovanje propusnosti date formacije radi stvaranja visokoefikasnih geotermalnih bušotina sa dodatno poboljšanim toplotnim i mehaničkim karakteristikama pomoću formulacija radnih fluida.

STANJE TEHNIKE

[0002] Rekuperacija geotermalne energije predstavlja atraktivan postupak za izvlačenje energije i ima očiglednu ekološku privlačnost s obzirom na aspekt obnovljivosti.

[0003] Stanje tehnike je fokusirano na brojne probleme u vezi sa propusnošću, geometrijama bušotine, radnim fluidima, multilateralnom konfiguracijom bušotina i proizvodnjom energije. Primeri pokušaja da se ovi problemi ublaže biće redom razmatrani.

[0004] Kao prvo, što se tiče oštećenja formacije, Badalyan et al. na Laboratory Study on Formation Damage in Geothermal Reservoirs Due to Fines Migration, Proceedings World Geothermal Congress 2015 Melburn, Australija, 19-25. aprila 2015, iznose:

„Ovom prilikom predstavljamo novi postupak za procenu oštećenja formacije u geotermalnim ležištima. Dobro je poznato da se oštećenje formacije izaziva mobilizacijom, migracijom i naprezanjem finih čestica iz prirodnih ležišta. Brzinom izazvana migracija finih čestica odgovorna je za beznačajno smanjenje propusnosti stene što dovodi do inicijalnog oštećenja formacije. Nakon ubrizgavanja vode niske jonske snage povećava se sila elektrostatičkog odbijanja između čestica gline i površine peska, čime se dalje mobilišu čestice što dovodi do oštećenja formacije. Mobilisane fine čestice sa mineralogijom sa mešovitim slojevima ilit/hlorit odgovorne su za smanjivanje propusnosti stene zbog začepljivanja ulaza pora.ˮ

[0005] Migracija finih čestica jedan je od najrasprostranjenijih fizičkih mehanizama za oštećenje formacije u bušotinama nafte i gasa. Brojne skorije objave prijavljuju oštećenje bušotina migracijom finih čestica u geotermalnim oblastima. [Autorovo isticanje]

[0006] Na Mechanisms of Formation Damage in Matrix Permeability Geothermal Wells Conference: International Geothermal Drilling and Completions Technology Conference, Albukerki, NM, SAD, 21. Jan 1981, Bergosh et al. iznose u apstraktu svoje prezentacije:

„Geotermalne formacije sa propusnošću matrice podložne su oštećenju tokom bušenja i opremanja bušotina. Ispituje se smanjenje propusnosti u blizini bušotine koje se može javiti kao posledica prodora čestica i hemijske interakcije između gline tih formacija, filtrata bušaće isplake i slojnih slanih voda. Ispitivanje različitih hemijskih sastava filtracije na permeabilnost peščara Istočne Mese ukazuje na to da je propusnost značajno narušena protokom slojnih slanih voda niskog saliniteta. To se oštećenje pripisuje procesima izmene i uklanjanja katjona koji menjaju stabilnost struktura gline. Smicanje tečnosti uklanja čestice koje čepuju ulaze pora, nepovratno smanjujući propusnost. Još uvek je u toku program ispitivanja koji istražuje efekte čestica prenetih isplakom na geotermalne formacije. Opisani su načela, uređaji i postupci ispitivanja. Konačni rezultati tog ispitivanja biće predstavljeni na konferenciji.ˮ [Autorovo isticanje]

[0007] Očigledno je da gubitak propusnosti u tim geotermalnim sredinama ima značajan uticaj na proizvodnju bušotine i istovremenu rekuperaciju energije.

[0008] Tchistiakov, na Physico-Chemical Aspects of Clay Migration and Injectivity Decrease of Geothermal Clastic Reservoirs, Proceedings World Geothermal Congress 2000, Kjušu - Tohoku, Japan, 28. maja - 10. juna 2000, navodi u svom sažetku:

„Potencijal oštećenja propusnosti može se proceniti samo širokogrudim i interdisciplinarnim promišljanjem, a ne automatskom primenom matematičkih jednačina i rezultata laboratorijskih ispitivanja. Uvereni smo da će bolje razumevanje osnovnih fizičko-hemijskih principa stabilnosti i prenosa čestica gline u poroznim sredinama pomoći stručnjacima za ležišta da razviju bolje tehnike i efikasnije primene postojeće tehnike za sprečavanje in-situ oštećenja formacija geotermalnih ležišta izazvanih glinom.ˮ

[0009] U tom je radu utvrđeno oštećenje propusnosti izbušene bušotine glinom.

[0010] Barrios et al, na the Short Course on Geothermal Development and Geothermal Wells, koju su organizovali UNU-GTP i LaGeo, u Santa Tekli, u El Salvadoru, 11-17. marta 2012, Acid Stimulation of Geothermal Reservoirs. U prezentaciji, autori navode:

„I injekcione i proizvodne bušotine mogu biti začepljene, što smanjuje njihov proizvodni kapacitet i injektivnost ispod njihovog postojećeg potencijala. Glavni razlozi za ove smetnje mogu biti:

Prodor bušaćeg fluida (uglavnom bentonitne isplake) unutar mikropukotina ležišta; Ulazak fragmenata ili krhotina stene, tokom postupka bušenja pri čemu dolazi do potpunog gubitka cirkulacije; Ulazak velikih količina ukupnih otopljenih čvrstih čestica; Voda za ponovno ubrizgavanje sa visokim potencijalom za taloženje kamenca bogatog silicijumdioksidom; Obrazovanje finozrnastih čvrstih čestica istisnutih migracijom gline; Ulazak fragmenata amorfnog silicijumdioksida iz cevovoda za ponovno injektovanje usled postupaka za hlađenje i zagrevanje nakon održavanja; Kalcitni kamenac u perforiranom lajneru i/ili eksploatacionoj zaštitnoj koloni. Ključ za obezbeđivanje kontinuiranog protoka za stvaranje energije jeste kontrola svih mogućih uzroka opstrukcije. Opšte je poznata činjenica da geotermalna industrija koristi sličnu tehnologiju i praksu naftne industrije poslednjih 50 godina. Budući da naftne i gasne bušotine pokazuju analogije u pogledu problema taloženja kamenca i oštećenja isplakom, mogu se primenjivati slične tehnike kako bi se sprečili problemi sa propusnošću radi poboljšanja kapaciteta ubrizgavanja i produktivnosti u geotermalnim bušotinama. Isplativo i naširoko korišćeno rešenje jeste primena kiselina za rastvaranje kamenca i prepreka koje stvaraju čvrste čestice.ˮ [0011] You et al. su na New Laboratory Method to Assess Formation Damage in Geothermal Wells, SPE European Formation Damage Conference and Exhibition, 3-5. juna, Budimpešta, Mađarska 2015. predstavili rad u čijem se apstraktu navodi:

„Predstavljen je novi postupak za procenu oštećenja propusnosti u geotermalnim ležištima i predviđanje pada produktivnosti bušotine. Cilj razvijene laboratorijske metodologije je da odredi pad propusnosti usled mobilizacije, migracije i naprezanja finih čestica iz prirodnih ležišta. Izvedeno je laboratorijsko ispitivanje istiskivanja nafte iz jezgra sa konstantnom i postepeno opadajućom jonskom jačinom uz merenja pada pritiska duž jezgra i koncentracije akumuliranih efluentnih čestica. Stabilizacija propusnosti stene javlja se nakon ubrizgavanja brojnih pornih zapremina, što ukazuje na sporo skretanje mobilisanih čestica u poređenju sa brzinom vode nosioca. Voda niske jonske snage povećava sile elektrostatičkog odbijanja između čestica gline i površina zrna peska, čime dalje mobiliše čestice i dovodi do oštećenja formacije. Kaolinit i minerali gline sa mešovitim slojevima ilit/hlorit identifikovani su SEM-EDAX analizom i oni predstavljaju minerale koji su prvenstveno odgovorni za oštećenje propusnosti. Uočeni su kompetitivni efekti smanjenja viskoziteta vode i slabljenja elektrostatičkog privlačenja na koncentraciju vezanih čestica tokom povećanja temperatura. Mikromodelovanje mehaničke ravnoteže finih čestica pokazuje da dominira efekat viskoziteta vode na vezivanje finih čestica. To dovodi do smanjenog odvezivanja finih čestica i pada propusnosti na visokim temperaturama.ˮ

[0012] Što se tiče bušaćeg fluida, postignute su brojne prednosti u formulacijama za ublažavanje problema sa konsolidacijom, propusnošću, zaptivanja bušotina, između ostalog. Ovo se takođe odnosi na gornje razmatranje oštećenja formacija.

[0013] U Američkom patentu br.6,059,036, objavljenom 9. maja 2000, Chatterji et al. obezbeđuju postupke i kompozicije za zaptivanje podzemnih zona. Uopšteno, tekst ukazuje:

„Predmetni pronalazak obezbeđuje poboljšane postupke i kompozicije za zaptivanje podzemnih zona i zaustavljanje gubitka bušaćeg fluida, poprečnih strujanja i/ili podzemnih erupcija bušotine. Postupci ovog pronalaska za zaptivanje podzemne zone u osnovi obuhvataju faze pripreme viskozne kompozicije za zaptivanje sa odloženim očvršćavanjem prema ovom pronalasku, postavljanje zaptivne kompozicije u podzemnu zonu koju treba zaptiti i omogućavanje očvršćivanja zaptivne kompozicije u krutu zaptivnu masu u njoj.

[0014] Kompozicije za zaptivanje prema ovom pronalasku se u osnovi sastoje od vodenog rastvora silikata alkalnih metala, agensa za geliranje radi povećanja viskoziteta rastvora i odloženog aktivatora za polimerizaciju ili umrežavanje silikata alkalnih metala i izazivanje očvršćivanja zaptivne kompozicije u krutu zaptivnu masu.

[0015] Kao što je gore pomenuto, u primenama koje uključuju potrebu za zaptivnim kompozicijama male gustine ili tamo gde se naiđe na veliku kavernoznu podzemnu zonu koja se mora zaptiti, zaptivna kompozicija može biti penasta kako bi se obrazovala pojačana zaptivna kompozicija koja se širi.

Nepenaste i penaste kompozicije mogu uključivati i agense za proširenje i/ili tamponažu da bi se olakšalo punjenje i zaptivanje zone.ˮ

[0016] Ovaj dokument je koristan da pokaže efikasnost silikatnih kompozicija alkalnih metala za sprečavanje gubitka fluida i generalno zaptivanje bušotine.

[0017] Ballard, u Američkom patentu br.7,740,068, objavljenom 22. juna 2010, otkriva tečnost bušotine na bazi silikata i postupke za stabilizaciju nekonsolidovanih formacija. U tekstu se navodi da:

„Poželjno, načini ostvarivanja ovog otkrivanja mogu obezbeđivati tretirajuće fluide ili pilule koje se mogu koristiti za stabilizaciju nekonsolidovanih ili slabo konsolidovanih oblasti formacije. Korišćenje čvrstih ili čestičastih agensa za taloženje silikata može omogućiti sporiju reakciju ili vreme geliranja između silikata i agensa za taloženje silikata. Sporije vreme reakcije može omogućiti komponentama gela, silikatu i agensu za taloženje silikata, da potpunije impregniraju nekonsolidovanu formaciju pre geliranja. Uz to, obezbeđivanjem agensa za taloženje silikata kao čvrste čestične materije na mikronskom ili submikronskom nivou, agens za taloženje silikata može imati manje smetnji pri impregniranju formacije.ˮ

[0018] Ovaj dokument je koristan kako bi se potvrdilo da su silikatna jedinjenja korisna pri stabilizaciji formacije.

[0019] Američki patent br.8,822,386, koji je dodeljen Quintero et al., 2. septembra 2014, obezbeđuje nanofluide i postupke za upotrebu bušaćeg fluida i opremanje. Ovaj dokument dalje doprinosi radu koji se odnosi na bušaće fluide i uči o korisnosti takvih fluida tokom bušenja. Tekst daje dodatne detalje u vezi s tim.

[0020] „U jednom neograničavajućem primeru očekuje se da će bušaći fluid koji sadrži nanočestice biti koristan za stabilizaciju bušotine tokom bušenja, posebno oblasti šejlova na koje se nailazi tokom bušenja i koje mogu sadržati oblasti koje teže da se ospu u kanal bušotine ili imaju gline koje nepoželjno bubre pri kontaktu sa vodom uvedenom kao deo bušaćeg fluida. Takav bušaći fluid može biti fluid na bazi vode kao što je WBM, fluid koji nije na bazi vode kao što je OBM ili SBM, ili njihova kombinacija, to jest emulzija. Surfaktant može biti prisutan u količini efikasnoj da suspenduje nanočestice u fluidu. Nanočestice za koje se očekuje da će biti korisne u takvim fluidima za stabilizaciju šejlova jesu čestice koje sadrže funkcionalnosti koje su povezane sa šejlom i pomažu da se on održi u njegovom izvornom stanju ili što bliže njegovom prvobitnom stanju, to jest ojačavaju zid bušotine. Nanočestice sa površinskim naelektrisanjem mogu pomoći ovoj stabilizaciji šejlova, kao što su ugljenične nanocevi. Osim toga, male dimenzije nanočestica im omogućavaju odličan pristup matrici šejlova kako bi inhibirali i spoljašnje i unutrašnje površine glina radi svođenja oštećenja strukture šejla na minimum.ˮ

[0021] Upotreba vodenih alkalnih silikata visokog odnosa u bušaćim fluidima otkrivena je u Američkom patentu br.9,212,304, koji je dodeljen McDonald, 15. decembra 2015. Ova učenja obezbeđuju dalji dokaz o korisnosti takvih kompozicija kao što se koriste u naftnoj i gasnoj industriji. Dokument ukazuje: „Ovaj pronalazak obezbeđuje postupak za stabilizaciju bušotine pri bušenju bušotina za konvencionalne i nekonvencionalne izvore energije, pri čemu one uključuju, ali nisu ograničene na, konvencionalne naftne i gasne bušotine, gas iz šejlova i „katranske peskeˮ. Postupak obezbeđuje bušaći fluid koji može između ostalog; da reaguje sa šejlom kako bi sprečio hidrataciju i disperziju, zaptiva mikropukotine, spreči raslojavanje šejlova, spreči akreciju bitumena, omogući bušenje iscrpljenih zona.

[0022] Ovaj pronalazak koristi veće, složenije polisilikatne anjone koji se nalaze u vodenim alkalnim silikatima visokog odnosa. Ti su vodeni silikati visokog odnosa iznad odnosa tradicionalnih, komercijalno dostupnih silikata. Ti polisilikatni anjoni olakšavaju brže taloženje i reakcije polimerizacije u poređenju sa vodenim silikatima standardnog odnosa. Veći odnos dovodi do silikata sa nižim salinitetom, što čini bušaći fluid ekološki prihvatljivijim. Vodeni alkalni silikat visokog odnosa može se dodati u bušaći fluid u širokom opsegu koncentracija kako bi se postigla neophodna stabilizacija bušotine. Nivo rastvorljivog silicijumdioksida u bušaćem fluidu može da se kreće od 0,25mas.% do oko 6mas.% bušaćeg fluida.

Poželjno je da se pH bušaćeg fluida održava iznad pH 10.ˮ

[0023] Stephen Bauer et al, u High Temperature Plug Formation with Silicates, predstavljenim na the Thirtieth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford, Kalifornija, 31. januara - 2. februara 2005, otkrivaju postupak za privremeno začepljivanje specifičnih zona izgubljene cirkulacije, na koje se često nailazi tokom radnji bušenja u naftnoj, gasnoj i geotermalnoj industriji. „Ovaj rad opisuje hemijsko rešenje za iskorišćavanje jedinstvenih karakteristika geliranja silikata na ekološki prihvatljiv i isplativ način kako bi se obrazovali čepovi za upotrebu u strategiji izolacije vodonosne formacije, istiskivanju nafte vodenom parom i visokotemperaturnoj konsolidaciji/tamponaži izgubljene cirkulacije.ˮ Ovaj rad ne razmatra formulaciju i primenu bušaćeg fluida na bazi silikata za zaptivanje bušotina i multilateralnih spojeva kako bi se obrazovao geotermalni sistem zatvorene petlje.

[0024] Halliburton Energy Services, u PCT prijavi WO 03/106585, opisuje postupak za obrazovanje hemijske zaštitne kolone. „Bušotina se buši bušaćim fluidom koji ima pH u opsegu od oko 6 do oko 10 i sastoji se od vode, polimernog katjonskog katalizatora sposobnog da prihvati i daje protone, koji se adsorbuje na nekonsolidovanim glinama, šejlovima, peščaru i sličnima, u vodi rastvorljivog ili disperzibilnog polimera koji se može umrežavati pomoću termoreaktivne smole i koji dovodi do toga da smola nakon očvršćavanja bude tvrda i žilava i u vodi rastvorljive ili disperzibilne termoreaktivne smole koja umrežava polimer, katalizuje se i očvršćava pomoću katalizatora i konsoliduje slabe zone ili formacije kako bi se sprečilo osipanje.ˮ

[0025] Dokument ne razmatra formulaciju i primenu bušaćeg fluida radi zaptivanja bušotina i multilateralnih spojeva kako bi se obrazovao geotermalni sistem zatvorene petlje niti razmatra održavanje zaptivke tokom tipičnog radnog veka geotermalnog sistema od 50 ili više godina.

[0026] Još jedan primer u ovoj multilateralnoj tehnici zapažen je kod Halliburton Energy Services, Američki patent 9,512,705, koji govori o tome da mehanički multilateralni spoj bušotine treba da izoluje nekoliko horizontalnih bušotina od okolne stene. U obimu stanja tehnike tipični su složeni i skupi mehanički ili cementirani spojevi koji zahtevaju više faza ugradnje. Te višestruke faze ugradnje zahtevaju prekide u radnjama progresivnog bušenja, kao što su iznošenje bušaćeg dleta i dubinskog bušaćeg sklopa na površinu ili vreme vezivanja cementa.

[0027] Još jedan nedostatak multilateralnih spojeva iz stanja tehnike jeste smanjenje unutrašnjeg prečnika bušotine, što umnogome komplikuje bušenje narednih multilateralnih grana i može zahtevati veće prečnike vertikalnih bušotina i matičnih bušotina.

[0028] Što se tiče opšte geometrije bušotina i aspekata stvaranja energije/električne energije iz stanja tehnike, Halff, u Američkom patentu br.6,301,894, objavljenom 16. oktobra 2001, govori o geotermalnom postrojenju zasnovanom na potpovršinskom izmenjivaču toplote zatvorene petlje. Patent je fokusiran na benefite koji se odnose na lokaciju generatora, očuvanje vode i njenu čistoću i efikasnost sa više petlji. Ova otkrivanje ne pominje tehnike za efikasno stvaranje bušotine zatvorene petlje bez upotrebe zaštitne kolone.

[0029] Objava američkog patenta, 20110048005, McHargue, objavljena 3. marta 2001, govori o geotermalnom sistemu zatvorene petlje. „Novi pristup predstavlja cirkulaciju fluida ili gasa, koji se ovde nazivaju proizvodnim fluidom, kroz podzemne formacije vrućih stena preko kontinuiranog podzemnog cevovoda obrazovanog cementiranjem kontinuirane cevi duž putanje napravljene presecanjem dveju ili više odvojenih bušotina.ˮ

[0030] Ovo otkrivanje ne pominje tehnike za efikasno stvaranje bušotine zatvorene petlje bez upotrebe zaštitne kolone.

[0031] Greenfire Energy Inc., u PCT/US/2016/019612, obezbeđuje, Geothermal Heat Recovery from High-Temperature, Low-Permeability Geologic Formations for Power Generation Using Closed Loop Systems. U ovom se tekstu navodi:

„Postupak ili uređaj koji koristi fluid u sistemu bušotina zatvorene petlje za ekstrahovanje toplote iz geotermalnih resursa koji se smešeni u visokotemperaturnim, niskopropusnim geološkim formacijama ili blizu njih radi proizvodnje energije. U nekim načinima ostvarivanja, sistem zatvorene petlje može da uključuje jednu zonu izmene toplote ili više njih, gde najmanje deo jedne zone izmene toplote ili više njih može biti smešten unutar podzemne oblasti sa temperaturom od najmanje 350 °C. Podzemna oblast može biti unutar plastične zone ili unutar 1000 metara od plastične zone, pri čemu plastična zona ima temperaturni gradijent od najmanje 80 °C po kilometru dubine.

[0032] Prema nekim načinima ostvarivanja, ovde opisani postupci za proizvodnju geotermalne energije mogu uključivati delove bušotina koji nemaju kolonu metalnih zaštitnih cevi, ali umesto toga, zidovi takvih delova mogu biti stena iz formacije koja je zaptivena očvrslim zaptivačem i pri čemu je zid bušotine u takvim delovima definisan granicom takvog očvrslog zaptivača koji će, u nekim načinima ostvarivanja, dovesti do toga da prečnik bušotine u takvim delovima bude veći, a u nekim slučajevima i mnogo veći, nego u delu sa kolonom metalnih zaštitnih cevi takvih bušotina.

[0033] Nakon postavljanja sistema za izmenu toplote zatvorene petlje, fluid može cirkulisati kroz geotermalni sistem izmene toplote zatvorene petlje kako bi se fluid zagrejao i sa tim zagrejanim fluidom proizvodila energija. Na primer, energija ekstrahovana iz podzemne formacije može se pretvoriti u toplotu, električnu energiju ili druge upotrebljive oblike energije kao što je poznato stručnjacima iz ove oblasti.

[0034] Pored određivanja temperaturnog profila i profila snabdevanja toplotom, postupci prema ovde navedenim načinima ostvarivanja mogu dalje da procene dugoročnu održivost formacije za proizvodnju geotermalne energije na osnovu temperaturnog profila i profila snabdevanja toplotom. Takva se analiza može izvesti simulacijom performansi bušotine kao funkcije vremena, uzimajući u obzir varijable kao što su temperatura, toplotni fluks, plastična deformacija formacije u blizini bušotine tokom vremena i druge faktore, kako bi se procenile promene u efikasnosti ekstrakcije energije i konverzije energije sistema tokom vremena. Takva se analiza može izvršiti i kako bi se uporedili različiti delovi date formacije radi određivanja jedna lokacije pogodne za odlaganje otpadnih fluida iz petlje izmene toplote ili više njih.

[0035] Kao što je prethodno opisano, ovde opisani načini ostvarivanja odnose se na uređaj i postupke za ekstrakciju toplote iz visokotemperaturnih nepropusnih geoloških formacija, koje nemaju pukotine ili poroznost nastalu bilo prirodnim putem ili stimulacijom. Suprotno prethodnim učenjima i konsenzusu koji ukazuje na to da je za efikasan prenos toplote i proizvodnju energije potreban određeni stepen propusnosti, pa samim tim i konvekcije, sadašnji pronalazači su otkrili da vruća nepropusna stena može obezbediti efikasan i održiv resurs za ekstrakciju geotermalne energije radi proizvodnje električne energije, na primer.

[0036] Tako se geotermalni sistem za izmenu toplote zatvorene petlje može smestiti u podzemnu formaciju na osnovu utvrđenog temperaturnog profila i utvrđenog profila snabdevanja toplotom podzemne formacije. Ugradnja geotermalnog sistema za izmenu toplote zatvorene petlje može uključivati bušenje, postavljanje zaštitne kolone, perforiranje, cementiranje, raširivanje zidova bušotina bez zaštitne kolone pukotinama, zaptivanje zidova bušotina bez zaštitne kolone i druge faze povezane sa postupkom bušenja i ugradnje petlje bušotina unutar njega kao što je poznato stručnjaku iz ove oblasti. Ugradnja, u nekim načinima ostvarivanja, može uključivati odlaganje otpadnih fluida iz zone izmene toplote sistema bušotina zatvorene petlje unutar plastične zone ili krhko-lomljive prelazne zone formacije. U nekim načinima ostvarivanja, postavljanje može uključivati ili dodatno uključivati odlaganje otpadnih fluida zone izmene toplote sistema bušotina sa zatvorenom petljom unutar krhke zone formacije kao i stimulisanje krhke zone u blizini zone izmene toplote.ˮ

[0037] Gore je navedeno da „Ugradnja geotermalnog sistema za izmenu toplote zatvorene petlje može uključivati bušenje, postavljanje zaštitne kolone, perforiranje, cementiranje, raširivanje zidova bušotina bez zaštitne kolone pukotinama, zaptivanje zidova bušotina bez zaštitne kolone i druge faze povezane sa postupkom bušenja.ˮ

[0038] Nikakva učenja u vezi sa postupcima, redosledom, hemijskim sastavom ili tehnologijom nisu otkrivena što se tiče dužina zaptivanja bušotine sa otvorenom rupom bez zaštitne kolone, održavanja zaptivke tokom vremena i održavanja integriteta bušotine.

[0039] Mortensen, u Hot Dry Rock: A New Geothermal Energy Source, Energy, 3. tom, 5. izdanje, oktobar 1978, strane 639-644, govori u apstraktu svog članka sledeće:

„Projekat koji sprovodi Naučna laboratorija Los Alamosa pokušava da pokaže tehničku i ekonomsku izvodljivost ekstrakcije energije iz geotermalnog resursa vruće, suve stene. Sistem koji se ispituje sastoji se od dveju dubokih bušotina izbušenih u vrućoj, nepropusnoj steni i povezanih hidraulički proizvedenom pukotinom. U septembru 1977, cirkulaciona petlja je prvi put zatvorena i voda je cirkulisala kroz dubinsko ležište i kroz par izmenjivača toplote od 10 MW (toplotnih). Serija dugoročnih eksperimenata planirana je za 1978. kako bi se procenile termičke, hemijske i mehaničke karakteristike sistema za ekstrakciju energije.ˮ

[0040] Nadovezujući se na eksploataciju sakupljanja geotermalne energije, Sonju et al., u Američkom patentu br.10,260,778, objavljenom 16. aprila 2019, traže zaštitu za:

„Postupak za uspostavljanje geotermalnog energetskog postrojenja za ekstrakciju toplotne energije iz tople suve stenske formacije niske poroznosti pri čemu se kombinovana dovodna i povratna rupa (22) buši do prve prethodno određene dubine, pa se buši rupa do druge prethodno određene dubine čime se obrazuje donji deo (22) kombinovane rupe za dovod i povrat, pri čemu je prva razdelna zona (8) definisana na pomenutoj drugoj prethodno određenoj dubini, gde se donji deo (22) kombinovane dovodne i povratne rupe produžava bušenjem rupe (1) istog ili manjeg prečnika do maksimalne dubine pri čemu se definiše druga razdelna zona (9), gde je/su jedna proizvodna rupa (P) ili više njih izbušena/e kako bi se obrazovala zatvorena petlja između prve razdelne zone (8) i druge razdelne zone (9) u kojoj radni fluid može cirkulisati, pri čemu je cev (5) postavljena u kombinovanu dovodnu i povratnu rupu (22, 22), dok je zaptivka (66) postavljena između pomenute prve i druge razdelne zone (8, 9) pri čemu zaptivaju prstenasti prostor (20) bušotine između donjeg dela kombinovane dovodne i povratne rupe (22) i cevi (5) radi razdvajanja dovodnog i povratnog toka.ˮ

[0041] D1 (US9845423 B2) otkriva „načine ostvarivanja [koji] se uopšteno odnose na petlje geotermalnih bušotina u podzemnim formacijama.ˮ D1, kol.1, II.6-7. D2 (US2004/123985 A1) otkriva „[a] postupak ... za smanjivanje gubitka bušaćeg fluida ... [koji obuhvata] uvođenje u pomenutu bušotinu i u pomenuti iscrpljeni pesak vodenog fluida koji obuhvata silikat ili silikonat i elastični grafitni ugljenik u količini efektivnoj za suštinsko začepljivanje pora u pomenutim iscrpljenim pescima.ˮ D2, Apstrakt.

[0042] U svetlu stanja tehnike, ostaje potreba za postupkom za ekstrakciju toplote iz geološke formacije koji može učiniti prikladnom u pogledu zaptivanja i održavanja bušotina, geometrija zatvorenog kola/petlje i multilateralnih efikasnosti za geotermalne primene koji nije ograničen vrstom stene, propusnosti između ostalog.

[0043] Tehnologija ovog pronalaska rešava nedostatke u različitim tehnološkim oblastima i jedinstveno konsoliduje metodologije za uspostavljanje novog pravca u geotermalnoj industriji.

OTKRIVANJE PRONALASKA

[0044] Jedan predmet ovog pronalaska jeste da obezbedi značajna poboljšanja u tehnologiji obrazovanja bušotina generalno i u sferi rekuperacije geotermalne energije.

[0045] Drugi predmet jednog načina ostvarivanja jeste da obezbedi postupak za bušenje bušotine u formaciju pogodnu za geotermalnu rekuperaciju toplote, koji obuhvata:

izazivanje nepovratnog oštećenja formacije na pomenutoj bušotini tokom bušenja pomenute bušotine pomoću najmanje jednog iz grupe koju čine toplotni mehanizam, mehanički mehanizam, hemijski mehanizam i biološki mehanizam; i

obrazovanje razdelne površine između pomenute bušotine i pomenute formacije koja je suštinski nepropusna za fluide.

[0046] Upotreba tehnika za oštećivanje formacija je kontraproduktivno u tehnici obrazovanja bušotina, a naročito u geotermalnoj tehnici koja se oslanja na migraciju fluida putem poroznosti, otvorenih pukotina, napuklina, itd. Trenutna tehnologija ima prvu fazu, mehanizme za zaptivanje otvorenih pukotina, napuklina i ostalih oblasti unutar formacije čime se olakšava migracija fluida.

[0047] Ova metodologija koristi destruktivne tehnike kako bi se smanjila propusnost zidova bušotina do te mere da samo provodni prenos toplote iz okolne stene u formaciju prenosi toplotu u radni fluid dizajniran da rekuperiše prenetu toplotu.

[0048] Ova tehnika ima trenutni benefit, naime smanjuje ili potpuno otklanja upotrebu zaštitnih kolona i spojeva. Ta jedna karakteristika dovodi do neverovatnih ušteda u postupku bušenja, pri čemu potonji obuhvata većinu troškova povezanih sa geotermalnom eksploatacijom.

[0049] Što se tiče drugog predmeta jednog načina ostvarivanja ovog pronalaska, obezbeđen je postupak za obrazovanje bušotine sa ulaznom bušotinom i izlaznom bušotinom u formaciji pogodnoj za geotermalnu rekuperaciju toplote, koji obuhvata:

izazivanje nepovratnog oštećenja formacije na bušotini koje se pruža između ulazne bušotine i izlazne bušotine tokom bušenja bušotine pomoću hemijskog mehanizma radi obrazovanja razdelne površine između bušotine i pomenute formacije koja je suštinski nepropusna za fluide;

cirkulaciju hemijske kompozicije unutar bušotine koja može da izazove obrazovanje taloga sa razdelnom površinom radi poboljšavanja zaptivnog kapaciteta i mehaničkog integriteta razdelne površine; i

cirkulaciju radnog fluida unutar zaptivene bušotine pri čemu on obuhvata aditiv za održavanje razdelne površine radi održavanja nepropusnosti tokom cirkulacije radnog fluida unutar bušotina.

[0050] Pomoću inovativnog izbora hemijskih jedinjenja i redosleda tretiranja sintetizuje se nepropusna razdelna površina između bušotine i okružujuće formacije. Rezultat je samozaceljiujuća bušotina sa lajnerom koja, kada se integriše u pravo kolo zatvorene petlje od površine do površine, obezbeđuje izuzetnu alternativu geotermalnim radnjama koje se zasnivaju na hidrauličnom frakturisanju i radnji koje se oslanjaju na zaštitnu kolonu po čitavom kolu.

[0051] Stručnjaci iz ove oblasti znaju da se veliki broj hemijskih kompozicija može koristiti za izvođenje stvaranja razdelne površine. U tu se svrhu mogu koristiti ona jedinjenja u bušaćem fluidu koja se talože sa stenom koja okružuje bušotinu. Za drugo tretiranje može se korisiti bilo koje prikladno jedinjenje koje reaguje sa bilo kojom neistaloženom kompozicijom preostalom nakon prvog tretiranja. Najzad, radni fluid za cirkulaciju kroz petlju može se izabrati tako da dalje reaguje sa bilo kojom otvorenom pukotinom, napuklinom, anomalijom, itd. koja se razvije u razdelnoj površini tokom vremena.

[0052] Radni fluid se bira tako da optimizuje termodinamičke performanse geotermalnog sistema i da poboljša mehanički integritet bušotine. Mogu se koristiti dodatne radnje tretiranja bušotine kako bi se to postiglo nakon bušenja.

[0053] Bušotine obrazovane pomoću te tehnologije mogu se učiniti prikladnim za geotermalne potrebe zatvorene petlje u jednoj radnji nasuprot višestrukim fazama koje su potrebne u postojećim tehnikama. Jasno je da uz smanjivanje broja radnih jedinica ide i pridruženi ekonomski benefit. To predstavlja glavnu karakteristiku ove tehnologije koja je uzdiže daleko iznad do sada korišćenih postupaka.

[0054] Sa stanovišta radnji, nepravilni ili promenljivi uslovi tokom postupka bušenja mogu se ekspeditivno rešavati kako se razvijaju. To je još jedna značajna karakteristika te tehnologije, naime prilagodljivost i fleksibilnost. Budući da se metodologija zasniva na destruktivnim tehnikama za obrazovanje bušotine u formaciji, pri čemu te tehnike utiču na tehnike iz stanja tehnike, ova tehnologija počinje sa najgorom mogućom situacijom kako bi učinila formaciju, bez obzira na propusnost ili geologiju, prikladnom za geotermalni sistem zatvorene petlje.

[0055] Što se tiče alternative, drugi predmet jednog načina ostvarivanja ovog pronalaska jeste da obezbedi postupak za obrazovanje bušotine unutar geotermalne formacije radi rekuperacije energije, koji obuhvata:

bušenje bušotine sa otvorenom rupom u geotermalnoj formaciji;

uvođenje reaktivnih hemijskih kompozicija u bušotinu radi reakcije kako bi se obrazovala razdelna površina između bušotine i formacije koja ne propušta fluide, pri čemu ta razdelna površina uključuje nereagovane reaktivne hemijske kompozicije; i

uvođenje radnog fluida u bušotinu, pri čemu on može da reaguje sa nereagovanim reaktivnim hemijskim kompozicija radi daljeg obrazovanja razdelne površine.

[0056] Budući da efektivno postoji rezerva nereagovane reaktivne kompozicije, bušotina se može samozaceljivati u slučaju bilo kog problema sa zaptivanjem na razdelnoj površini. Prema tome, radni fluid ne samo da ekstrahuje toplotnu energiju iz formacije radi maksimalne radne efikasnosti, nego i dalje osigurava integritet zaptivanja u kombinaciji sa minimalnim održavanjem.

[0057] Pri unapređivanju ka ovde izloženim čistim ekološki odgovornim postupcima, drugi predmet jednog načina ostvarivanja ovog pronalaska jeste da obezbedi postupak za remedijaciju bušotine koja uključuje slomljene delove nastale tehnikama za hidraulično frakturisanje unutar zemljane formacije, koji obuhvata:

tretiranje bušotina i slomljenih delova pornog prostora prvom hemijskom kompozicijom koja može da obrazuje istaloženu nepropusnu razdelnu površinu u tim delovima; i

tretiranje razdelne površine drugom hemijskom kompozicijom za taloženje bilo koje nereagovane prve hemijske kompozicije radi daljeg zaptivanja razdelne površine.

[0058] Ovde navedene zaptivne tehnologije omogućavaju remedijaciju kao i konverziju postojećih geotermalnih radnji koje se zasnivaju na hidrauličnom frakturisanju.

[0059] Kao takav, drugi predmet jednog načina ostvarivanja ovog pronalaska jeste da obezbedi postupak za konverziju otvorenog geotermalnog sistema sa najmanje jednim iz grupe koju čine pukotine, nekonsolidovana stena i pesak, ulazna bušotina i izlazna bušotina u fluidnoj vezi, u geotermalnu bušotinu zatvorene petlje, koji obuhvata:

uvođenje prve hemijske kompozicije koja može da obrazuje istaloženu nepropusnu razdelnu površinu između pomenute ulazne bušotine i pomenute izlazne bušotine i u pomenutom najmanje jednom iz grupe koju čine pukotine, nekonsolidovana stena i pesak, pri čemu se zatvorena zaptivena petlja obrazuje pomenutim najmanje jednim iz grupe koju čine pukotine, nekonsolidovana stena i pesak, ulazna bušotina, izlazna bušotina i oblast između njih; i

tretiranje pomenute razdelne površine drugom hemijskom kompozicijom za taloženje bilo koje nereagovane prve hemijske kompozicije radi daljeg zaptivanja pomenute razdelne površine.

KRATAK OPIS NACRTA

[0060]

Fig.1 je grafičko predstavljanje zapremine filtrata kao funkcije kvadratnog korena vremena za različite formulacije fluida;

Fig.2 je grafičko predstavljanje diferencijalnog pritiska i podataka o propusnosti kao funkcije vremena za hemijski zaptivajući test istiskivanja nafte iz jezgra koji je opisan u Primeru 1;

Fig.3 je šematski prikaz poprečnog preseka zaptivene bušotine bez zaštitne kolone u bočnom preseku između ulazne bušotine i izlazne bušotine;

Fig.4 je izgled sličan izgledu sa Fig.3 koji prikazuje segment zaštitne kolone u lateralnoj sekciji i njegovu vezu sa zaptivačem;

Fig.5 je izgled sličan izgledu sa Fig.4 koji prikazuju sklop zaptivene bušotine u formaciji sa zanemarljivom propusnošću koja ima otvorene pukotine;

Fig.6 je šematski prikaz multilateralnog rasporeda lateralnih spojnih segmenata bušotine;

Fig.7 je uvećani šematski prikaz zaptivene multilateralne sekcije bušotine prikazane na Fig.6;

Fig.8 je šematski prikaz alternativne konfiguracije geotermalnih bušotina;

Fig.9 je šematski prikaz drugog alternativnog načina ostvarivanja konfiguracije geotermalnih bušotina;

Fig.10 je šematski prikaz drugog alternativnog načina ostvarivanja konfiguracije geotermalnih bušotina;

Fig.11 je šematski prikaz drugog alternativnog načina ostvarivanja konfiguracije geotermalnih bušotina;

Fig.12 je šematski prikaz drugog alternativnog načina ostvarivanja konfiguracije geotermalnih bušotina;

Fig.13 je izgled Fig.12 odozgo;

Fig.14 je šematski prikaz drugog alternativnog načina ostvarivanja konfiguracije geotermalnih bušotina;

Fig.15 je šematski prikaz drugog alternativnog načina ostvarivanja konfiguracije geotermalnih bušotina;

Fig.16 je poprečni presek izbušene bušotine unutar visokopropusne formacije koji prikazuje rezervu nereagovanog zaptivača;

Fig.17 je izgled sličan izgledu sa Fig.16 koji prikazuje transformaciju razdelne površine bušotine nakon cirkulacionog kontakta sa radnim fluidom;

Fig.18 je šematski prikaz poprečnog preseka izbušene bušotine u niskopropusnoj formaciji i razdelne površine sa okružujućom formacijom;

Fig.19 je šematski prikaz primene ciklusa napajanja iz metodologije geotermalnih bušotina;

Fig.20 je šematski prikaz alternativnog načina ostvarivanja Fig.19;

Fig.22 je šematski prikaz integrisanog geotermalnog kola koje uključuje turbinu i generator koje direktno pogoni geotermalni radni fluid;

Fig.23 je šematski prikaz alternativnog načina ostvarivanja Fig.22.

Fig.24 je grafičko predstavljanje temperaturnih podataka spram rastojanja za različite radne fluide;

Fig.25 je šematski prikaz W-oblikovane ili ulančane konfiguracije geotermalnih bušotina;

Fig.25A je uvećan izgled formacije spojenih bušotina sa Fig.25.

Fig.26 je šematski prikaz alternativnog načina ostvarivanja Fig.25;

Fig.27 je šematski prikaz alternativnog načina ostvarivanja Fig.25; i

Fig.28 je šematski prikaz alternativnog načina ostvarivanja Fig.25.

[0061] Slične pozivne oznake korišćene u nacrtu označavaju slične elemente.

INDUSTRIJSKA PRIMENJIVOST

[0062] Ova tehnologija je primenjiva u geotermalnoj tehnologiji i remedijaciji geotermalnih lokacija.

NAJBOLJI NAČINI OSTVARIVANJA PRONALASKA

[0063] Ukratko, ovde navedena tehnologija odnosi se na obrazovanje i konstruisanje bušotina sa primerima za geotermalne bušotine zatvorene petlje. Aspekt konstruisanja uključuje:

i). zaptivanje bušotine tokom bušenja;

ii). poboljšavanje zaptivke hemijskim tretiranjem nakon bušenja; i

iii). istiskivanje bušaćeg fluida, posle bušenja radnim fluidom koji cirkuliše čime se poboljšava i održava zaptivka samozaceljivanjem bilo koje preostale ili stvorene propusnosti i održava integritet bušotine.

[0064] Fleksibilnost pristupa omogućava zasebno korišćenje svakog od tih aspekata, u zavisnosti od specifične geologije formacije, međutim, oni su najefikasniji kada su integrisani i rade u sadejstvu kako bi stvorili i održali geotermalni sistem zatvorene petlje.

[0065] Bušotine mogu imati bilo koji broj konfiguracija, kao što je jedna U-cev sa ulazom/izlazom, U-cev u kojoj su ulazna i izlazna bušotina smeštene na istoj površinskoj koncesiji, konfiguracija „cev-u-ceviˮ koja može biti vertikalna, sa devijacijama ili horizontalna i uključuje „ulančavanjeˮ nekoliko tih bušotina, L oblikovana, itd. Tu su samo primeri i nisu namenjeni za ograničavanje. Stručnjacima iz ove oblasti poznati su drugi prikladni rasporedi.

[0066] Gore navedeni aspekti su naročito efikasni kada se koriste za obrazovanje multilateralnih bušotina u kojima je veći broj bočnih grana povezan sa vertikalnom bušotinom, tipično u U-cevnoj konfiguraciji sa višestrukim horizontalnim bočnim granama koje povezuju vertikalnu ulaznu bušotinu sa zaštitnom kolonom i vertikalnu izlaznu bušotinu sa zaštitnom kolonom. Kada se koriste u multilateralnoj konfiguraciji, ostvaruje se nekoliko prednosti koje nisu prepoznate u tehnici. One uključuju:

i) Bočne grane mogu biti započete, izbušene i završene otvorene rupe čime se izbegavaju troškovi i vreme povezani sa postavljanjem zaštitne kolone:

ii) Spojevi „otvorenih rupaˮ mogu se napraviti i zaptiti tokom bušenja u jednoj fazi. Time se izbegavaju komplikovani mehanički spojevi, postavljanje cementa, bušenje čepova ili metalnih sekcija, višestruka izvlačenja do površine i generalno komplikacije i troškovi povezane sa složenim postupcima u bušotinama i nastalo kašnjenje u progresivnom bušenju;

iii) Nema smanjenja unutrašnjeg prečnika materijala što omogućava bušenje neograničenog broja bočnih grana;

iv) Nema smanjenja termoprovodljivosti koja nastaje izolacijom cementnog sloja ili stajaćeg prstenastog prostora bušotine između čeličnog lajnera i stene; i

v) Omogućavanje ponovnog ulaska u višestruke bočne grane opremom za magnetno merenje udaljenosti kako bi se ukrstile druge lateralne bušotine i stvorila zatvorena U-cevna konfiguracija bušotine.

[0067] Što se tiče aspekta zaptivanja tokom bušenja, to se može postići uključivanjem aditiva u sam bušaći fluid koji prouzrokuje nepovratno oštećenje formacije i smanjuje propusnost na nulte ili zanemarljive nivoe.

[0068] Aditivi mogu biti biološki akceleratori rasta kao što su tehnike korišćene u Mikrobnoj poboljšanoj eksploataciji nafte, fizičke čestice koje tvore nepropusnu isplačnu oblogu ili hemijski zaptivači koji reaguju pri kontaktu i prodoru u geološku formaciju kao što su vremenski reaktivne ili termoreaktivne smole i epoksidi, gelovi i polimeri.

[0069] Drugi postupak za zaptivanje bušotina tokom bušenja jeste termozaptivanje lica stene ekstremno visokim temperaturama koje tope zid bušotine, na primer pomoću visokotemperaturne plazme ili bušaćeg dleta na bazi lasera.

[0070] Poželjni postupak predstavlja upotrebu hemijskog zaptivača, na primer bušaćeg fluida na bazi alkalnih silikata sa pH većim od 10,5, koji ostaje tečan unutar bušotine, ali se taloži u čvrstu materiju nakon kontakta sa stenom i prodora u nju. Tehnička funkcija bušaćeg fluida razlikuje se u propusnim stenama (na primer peščaru ili polomljenom fundamentu) u odnosu na nepropusne stene kao što su tvrdi šejlovi ili siltiti. U propusnim formacijama, tečni alkalno-silikatni bušaći fluid prodire u bilo koje dostupne protočne puteve pre reagovanja i očvršćavanja. Nastali čvrsti talog se impregnira u porni prostor i prirodne pukotine unutar same stene i stapa se sa njima te stvara fluidno-nepropusnu barijeru između bušotine i geološke formacije.

[0071] Nasuprot tome, u stenama sa skoro nultom propusnošću kao što je šejl, funkcija bušaćeg fluida nije da zaptiva propusnost - stena je već nepropusna. Umesto toga, funkcija bušaćeg fluida je da obezbedi mehaničku i hemijsku barijeru između stene i bušotine te da ispuni bilo koju prirodnu pukotinu, otvorenu pukotinu ili ploču klivaža. Krajnji rezultat je isti, stvaranje fluidno-nepropusne barijere između bušotine i geološke formacije.

[0072] Zaptivač se može koristiti i za konsolidaciju nekonsolidovanih pesaka, povećavanje čvrstoće stene na pritisak i sprečavanje stvaranja i osipanja peska.

[0073] Kao što je poznato, rastvorljivi silikati sadrže tri komponente, to jest silicijumdioksid, alkaliju i vodu. Silicijumdioksid (silika, SiO2) predstavlja glavnu komponentu rastvorljivih silikata a njega stabilizuje alkalija. Ta alkalija može biti izabrana od natrijum, kalijum ili litijumoksida (Na2O, K2O, ili Li2O) i odgovorna je za održavanje rastvorljivosti silicijumdioksida.

[0074] Prikladni silikati uključuju kalijum, natrijum i natrijumaluminosilikat. Ti su proizvodi dostupni kako u tečnom tako i u praškastom obliku. Silikati su poželjni za upotrebu u ovoj tehnologiji jer se oni mogu podvrgnuti različitim vrstama hemijskih reakcija, to jest geliranju (padu pH), koje predstavlja samopolimerizaciju ili kondenzaciju struktura rastvorljivih silikata kako bi se obrazovao vodena, amorfna želatinasta struktura silikata. Geliranje se izaziva padom pH pri čemu polimerizacija počinje da se brzo javlja na pH ispod 10,5.

[0075] Druga vrsta reakcije kojoj se silikati mogu podvrgnuti jeste taloženje katjonima kao što je kalcijum. Taloženje silikata predstavlja umrežavanje silikatnih molekula multivalentnim katjonima (tj. Ca<+2>, Mg<+2>, Al<+3>, Fe<+3>, itd.). Ti su katjoni prisutni u slojnoj vodi - interakcija bušaćeg fluida sa slojnim fluidom samim tim dovodi do taloženja čvrstih čestica unutar pornog prostora.

[0076] Dalja vrsta reakcije kojima se silikati podvrgavaju jeste dehidratacija. Kako se voda uklanja iz tečnog silikata, taj silikat progresivno postaje lepljiviji i viskozniji te najzad postaje stakleni film. To su reakcije koje se javljaju u blizini bušotine kako se filtrat iz bušaćeg fluida meša sa fluidima unutar matrice stene.

[0077] Silikati su naročito primamljivi za tu geotermalnu primenu jer su oni stabilan zaptivač u ambijentalnim uslovima i na ekstremno visokim temperaturama. Na primer, alkalni silikati i pesak se koriste na temperaturama od 650°C i više u livnici i industriji livenja tečnih metala pa se ta osnovna hemijska reakcija koristi i za zaptivanje betonskih konstrukcija na sobnoj temperaturi.

[0078] Alkalno-silikatni bušaći fluid se formuliše da bude bez čvrstih čestica i da ima nisku viskoznost radi dovođenja prodora fluida u bušotinu i brzog gubitka isplačnog filtrata na maksimum kako bi se bušotina hemijski zaptila. Trenje predstavlja značajan izazov za multilateralne horizontalne segmente bušotine pa se zbog toga dodaje mazivo koje je kompatibilno sa silikatnom slanom vodom i ne utiče materijalno na karakteristike zaptivača.

[0079] Koncentracija aktivnih alkalnih silikata može biti 0,3mas.% - 10mas.%, ali verovatnije 3mas.%-6mas.% u vodi. Optimalna koncentracija donekle zavisi od geoloških karakteristika kao što su sastav slane vode i temperatura in-situ. Veće temperature stena mogu prouzrokovati kašnjenje reakcije taloženja. Slično tome, sporiju reakciju prouzrokuju i formacije u kojima in-situ slana voda ima nisku koncentraciju multivalentnih katjona, na primer, ispod 1000 mg/L. Dakle, kako raste temperatura stene i pada koncentracija multivalentnih katjona, trebala bi rasti koncentracija alkalnih silikata.

[0080] Sporedni benefiti silikatne slane vode uključuju poboljšanu brzinu bušenja (ROP) i poboljšani vek bušaćeg dleta.

[0081] Fizičke karakteristike kombinovanog materijala stene/zaptivača umnogome se razlikuju od stene, ali se mogu modifikovati pažljivim izborom karakteristika zaptivača. Termoprovodni aditiv može se uključiti u bušaći fluid, kao što su nanočestice grafena, tako da dobijeni zaptivač ima visku termoprovodljivost.

[0082] Izlazna energija geotermalnog sistema zatvorene petlje može se utvrditi pomoću termodinamičkog modela bušotine koji se sastoji od zasebne bušotine sa višestrukim termootpornostima između temperature fluida i temperature stene na udaljenom polju. Svaki zasebni segment ima izveden energetski i materijalni bilans, pri čemu se karakteristike i proračuni fluida rešavaju pomoću jednačine stanja termodinamičkih paketa. Otpornosti prenosa toplote uključuju stenu, cement, čeličnu zaštitnu kolonu i otpornost konvektivnog prenosa toplote unutar same bušotine.

[0083] Kao kvantitativni primer, primenom zacementirane bušotine sa zaštitnom kolonom od 7" koja je u kontaktu sa geološkom formacijom čija termoprovodljivost iznosi 3 W/ m K, termootpornosti nakon 5 godina rada za stenu, cement, zaštitnu kolonu i konvekciju protoka cevi redom iznose 2,2E-02, 2,1 E-03, 2,9E-05 i 5,0E-5. Prenosom toplote dominira radijalna provodljivost kroz stenu dok su sve druge termootpornosti u poređenju zanemarljive. Pomoću ovde opisanog hemijskog zaptivača, ne postoje otpornosti na prenos toplote sa zaštitne kolone ili cementa, tako da je termoefikasnost približno 9% veća od metodologije iz stanja tehnike. Poboljšavanjem termoprovodljivosti ukupnog stenskog! zaptivačkog materijala, može se dalje povećati prenos toplote.

[0084] Alkalno-silikatni zaptivač može se dalje poboljšati uključivanjem čvrstih čestica koje se formulišu da postanu hemijski ugrađene/povezane unutar alkalno-silikatnog taloga, kako bi se unapredile performanse zaptivke i mehanički integritet. U bušaći fluid mogu se uključiti materijali za ojačavanje kao što su oljušteni leteći pepeo, površinski aktiviran grafen i grafenoksid, ugljenična vlakana i drugi. Oni mogu biti u nanodispergovanom ili mikrodispergovanom stanju i hemijski povezani sa istaloženim silicijumdioksidom.

[0085] Nakon izvođenja prvobitne zaptivke tokom bušenja, ispituje se integritet zaptivke. To se obično izvodi komprimovanjem sistema bušotine i praćenjem brzine dekomprimovanja, ukoliko postoji, kao što je uobičajeno u industriji. Drugi postupak je pomoću dugotrajnog merenja brzine prodora radnog fluida u formaciju tokom radnji cirkulacije. U tom se slučaju bušaći fluid uklanja i zamenjuje sa radnim fluidom čiji primarni cilj predstavlja prenos energije na površinu pa se brzina prodora radnog fluida u formaciju meri tokom redovnih radnji.

[0086] Iako će zaptivanje biti suštinski završeno nakon bušenja, mogu postojati neke male oblasti sa preostalom manjom propusnošću, kao što su raspucane zone ili visokopropusni kanali koji nisu dovoljno zaptiveni tokom bušenja. Prema tome, zaptivka se može poboljšati pomoću hemijskog ispiranja ili tretiranja pre početka normalnih radnja ili vraćanja njima.

[0087] Kada se koristi alkalno-silikatni bušaći fluid kao što je prethodno opisan, bušaći fluid reaguje sa in-situ slojnim fluidom kako bi se gelirao i najzad očvrsnuo u tvrdu, čvrstu materiju visoke čvrstoće. Te se reakcije javljaju pri mešanju razdelne površine između silikatnog bušaćeg fluida i slojnog fluida. U visokopropusnom kanalu ili pukotini, bušaći fluid može migrirati kroz formaciju tako brzo da se slojni fluid istiskuje iz bušotine pa se mešanje razdelne površine suštinski potiskuje u stenu ili slojna slana voda može biti ekstremno sveža što dovodi do toga da se silikat gelira, ali ne taloži u potpunosti.

[0088] U tim se situacijama postiže delimična ili suštinska zaptivka duboko unutar stene, ali oblast u blizini bušotine sadrži „neistrošenˮ ili nereagovan tečni alkalno-silikatni bušaći fluid i nema više slojne slane vode sa kojom bi reagovao. Stoga je cilj hemijskog ispiranja pumpanje hemijskog tretiranja kroz sistem bušotine dovoljnim pritiskom kako bi se prouzrokovao gubitak isplake iz bušotine u formaciju u blizini bušotine, došlo do kontakta sa neistrošenim tečnim alkalnim silikatima preostalim iz postupka bušenja i započela reakcija taloženja. Prikladne hemikalije su slani rastvor kalcijumhlorida, kiseline, CO2, surfaktanti, estri, između ostalih poznatih u industriji.

[0089] U drugom načinu ostvarivanja za poboljšavanje zaptivke, hemijsko tretiranje se može pumpati kroz sistem bušotine dovoljnim pritiskom kako bi se prouzrokovao gubitak isplake iz bušotine u formaciju u blizini bušotine, pri čemu se hemijsko tretiranje sastoji od „čepovaˮ ili zapremina alkalnih silikata kojem sledi reagovanje hemikalije koja se sastoji od slanog rastvora kalcijumhlorida, kiselina, CO2, surfaktanata, estara ili drugih poznatih u industriji. Dve hemikalije mogu se alternativno pumpati nekoliko puta što dovodi do suštinskog mešanja u oblasti u blizini bušotine. Zapremine alkalnih silikata i reagensa mogu se odvojiti tamponom kako bi se sprečilo mešanje unutar bušotine ili biti u direktnom kontaktu.

[0090] Što se tiče održavanja zaptivke i integriteta bušotine tokom rada, postupak bušenja, kakav se obično primenjuje u naftnoj, gasnoj i geotermalnoj industriji, zahteva privremeno održavanje integriteta bušotine i delimične zaptivke bušotine (tj. isplačne obloge) dok se zaštitna kolona ne zacementira u rupi ili ne postavi lajner. Integritet otvorene rupe (pre postavljanja zaštitne kolone ili lajnera) bušotine i delimična zaptivka obezbeđuje se pravilnim inženjeringom i primenom bušaćeg fluida.

[0091] Nasuprot tome, ovde otkriveni pronalazak zahteva održavanje zaptivke otvorene rupe i integriteta bušotine tokom radnog veka geotermalnog dobra koje obično iznosi 50 ili više godina.

[0092] Uz stvaranje zaptivke tokom bušenja i opciono poboljšavanje zaptivke zasebnim hemijskim tretiranjem, sam operativni radni fluid ima ključnu ulogu u održavanju zaptivke i održavanju integriteta bušotine. Primarna funkcija radnog fluida jeste prenos energije sa potpovršinske stene na površinu gde se direktno koristi ili pretvara u električnu energiju ili hlađenje. Prema tome, radni fluid mora imati ključne fizičke karakteristike za prenos energije i za dovođenje termodinamičke efikasnosti sistema na maksimum. Na primer, fluid može imati najmanje jednu karakteristiku odabranu iz grupe koja obuhvata:

a) suštinski nelinearni odnos temperature i entalpije unutar lateralnih spojnih sekcija između ulazne bušotine i izlazne bušotine pri pritiscima većim od 10MPa i temperaturama manjim od 180°C radi dovođenja temperaturne razlike i prenosa toplote između fluida i okružujućeg dubinskog izvora toplote na maksimum;

b) mogućnost podvrgavanja reverzibilnoj reakciji osetljivoj na pritisak koja je endotermna na povišenom pritisku, a egzotermna na pritisku nižem od povišenog pritiska;

c) mešavinu fluida koja obuhvata hemijsku reakciju apsorpcije koja je endotermna unutar lateralnog spoja;

d) vodeni elektrolitni rastvor sa rastvorljivošću koja zavisi od temperature i pritiska, što dovodi do endotermnog efekta unutar lateralnog spoja;

e) fluid na bazi vode koji sadrži kompoziciju za smanjivanje turbulentnog trenja;

f) superkritični fluid kao što je CO2;

g) mešavinu amonijak-etan; i

h) funkcionalne kombinacije od a) do g).

[0093] Uz dovođenje termodinamičke efikasnosti do maksimuma, radni fluid ima i mnoge karakteristike bušaćeg fluida, naročito za:

i) prenos čvrstih čestica koje se mogu sakupljati u bušotini na površinu gde se one uklanjaju, obično pomoću taložnog rezervoara, filtera ili hidrociklona;

ii) održavanje zaptivke bušotine tako da bude suštinski nepropusna za fluide; i

iii) održavanje stabilnosti i integriteta bušotine.

[0094] U jednom načinu ostvarivanja, zaptivka se može održavati obezbeđivanjem čvrstih čestica unutar radnog fluida koje obrazuju isplačnu oblogu duž zida kanala bušotine ili tamponiraju i začepljuju prirodne pukotine. Te čestice mogu biti ugljenična vlakana, mineralna vlakna, celulozna vlakna, silicijumdioksid, leteći pepeo, grafit, grafen, grafenoksid, kalcijumkarbonat, bentonit ili druge čestice poznate u industriji. Te se čvrste čestice obično dodaju na između 0,5 i 2,0 mas.% radnog fluida ukoliko je na bazi vode i podjednakoj zapreminskoj koncentraciji za druge radne fluide.

[0095] Kada se koristi alkalno-silikatni bušaći fluid kao što je prethodno opisan, bušaći fluid reaguje sa in-situ slojnim fluidom kako bi se gelirao i najzad očvrsnuo u tvrdu, čvrstu materiju visoke čvrstoće. Te se reakcije javljaju pri mešanju razdelne površine između silikatnog bušaćeg fluida i slojnog fluida. U visokopropusnom kanalu ili pukotini, bušaći fluid može migrirati kroz formaciju tako brzo da se slojni fluid istiskuje iz bušotine pa se mešanje razdelne površine suštinski potiskuje u stenu ili slojna slana voda može biti ekstremno sveža što dovodi do toga da se silikat gelira, ali ne taloži u potpunosti. U tim se situacijama postiže delimična ili suštinska zaptivka duboko unutar stene, ali oblast u blizinu bušotine sadrži „neistrošenˮ ili nereagovan tečni alkalno-silikatni bušaći fluid i nema više slojne slane vode sa kojim bi reagovao. Zbog toga, drugi postupak za održavanje zaptivke predstavlja uključivanje reagensnog aditiva koji nakon gubitka isplake iz bušotine u formaciju u blizini bušotine, dolaženje u kontakt sa neistrošenim tečnim alkalnim silikatima preostalim iz postupka bušenja i započinjanje reakcije taloženja.

[0096] Po definiciji, sve oblasti bušotine gde ima propusnosti nakon bušenja imaće značajan priliv alkalnih silikata i sadržaće neistrošene tečne alkalne silikate u formaciji u blizini bušotine. Prema tome, uključivanje reagensa u radni fluid prirodno će zaptiti preostale propusne delove. Prikladne hemikalije su slani rastvor kalcijumhlorida, kiseline, CO2, surfaktanti, estri i druge poznate u industriji.

[0097] Kako bi održavao stabilnost i integritet bušotine, uz zaptivanje stene, radni fluid mora izvršiti dovoljan pritisak na formaciju da bi obezbedio dovoljnu čvrstoću na pritisak radi sprečavanja zatrpavanja, osipanja i delimičnog urušavanja stene u bušotinu. Pritisak koji obezbeđuje operativni radni fluid može se izračunati pomoću integrisanog termodinamičkog modela bušotine koji uključuje jednačinu stanja kako bi se uzele u obzir fazne promene, promene karakteristika fluida sa pritiskom i temperaturom te hidraulički gubici trenja. Ukoliko se prikladno dizajnira, radni fluid mora obezbeđivati minimalnu čvrstoću na pritisak čitavoj bušotini, bilo vršenjem dovoljno visokog pritiska na vrhu ulazne bušotine (fluid pod pritiskom) ili modifikovanjem gustine radnog fluida. Gustina fluida može se povećati dodavanjem agensa za otežavanje kao što je barit ili pomoću rastvorljivih soli, između ostalih tehnika poznatih u industriji.

[0098] Drugi postupak za održavanje stabilnosti bušotine predstavlja uključivanje inhibitorske hemikalije šejla u radni fluid. Ta hemikalija ima funkciju zaustavljanja hidratacije, bubrenja i razgradnje glina i šejlova i predstavlja uobičajeni aditiv u bušaćim fluidima. Prikladni aditivi su hemikalije na bazi amina, lateksi ili vodeni rastvor soli kalijuma, između ostalih poznatih u industriji.

[0099] Kombinacijom gorenavedenih aditiva i funkcija nastaje radni fluid koji ne samo da efikasno prenosi energiju na površinu, nego i ojačava i održava zaptivku bušotine, „samozaceljujeˮ svaku stvorenu propusnost, te održava stabilnost i integritet bušotine, kako bi se očuvao sistem geotermalne bušotine zatvorene petlje koji je suštinski nepropustan za fluide.

[0100] Od presudne je važnosti zahtev da zaptivački aditivi ne utiču na termodinamičke karakteristike radnog fluida. U jednom načinu ostvarivanja, radni fluid se sastoji od vode, komercijalno dostupnog inhibitora korozije na između 1 i 10 U m3, kalijumbromida na između 0,05 i 0,3 mol/L, cetiltrimetilamonijačkog surfaktanta na između 3 i 7 mM, natrijumsalicilata na između 8 i 16 mM i čvrstih čestica kalcijumkarbonata na 0,5 mas.%.

[0101] Goreopisani rastvor ima više smanjivanje turbulentnog trenja od 60% u temperaturnom opsegu prikladnom za snabdevanje geotermalnom toplotom za direktnu upotrebu, što je presudno za termodinamički efikasan rad. Takođe je imao je rekuperaciju veću od 40% nakon ispitivanja u skladu sa API RP 13i Procedures for Shale Dispersion by Hot Rolling, reaguje sa neistrošenim alkalnim silikatima kako bi obrazovao snažan čvrst materijal a čestice kalcijumkarbonata tamponiraju i začepljuju prirodne pukotine i propusnost matrice.

[0102] U drugom načinu ostvarivanja, sam radni fluid je jednostavno modifikovana alkalno-silikatna slana voda.

[0103] U drugom načinu ostvarivanja, radni fluid je superkritični CO2koji je od naročite važnosti jer u mnogim geotermalnim situacijama superkritični CO2ima veću termodinamičku efikasnost od vode i takođe predstavlja izvrstan reagens za izazivanje očvršćavanja alkalno-silikatne tečnosti u snažan čvrsti materijal.

[0104] Sada će, u primerima koji slede, biti opisani razni zaptivni mehanizmi.

Primer 1 - Hemijsko zaptivanje

[0105] Početno ispitivanje zaptivačkih mogućnosti silikatnog sistema izvedeno je u uređaju za začepljivanje propusnosti.

[0106] Ispitivanja uređaja za začepljivanje propusnosti:

- 20 µm, diskovi od 3000 mD (koje obezbeđuje OFITE) uronjeni su u 30% rastvor kalcijumhlorida preko noći (približno 16 sati) kako bi se pore u potpunosti zasitile slanim rastvorom i stvorio „težak slučajˮ in situ fluida za silikatni bušaći fluid sa kojim će reagovati.

- Ispitivanja začepljivanja propusnosti (PPT) izvedena su u skladu sa OFITE Uputstvom za upotrebu i API RP 13i - Recommended Practice for Laboratory Testing of Drilling Fluids-250 mL ispitivanih fluida opisanih u nastavku preneto je na PPT ćeliju pa je prethodno namočeni disk smešten u uređaj. Omogućen je kontakt bušaćeg fluida sa diskom tokom 45 minuta pre komprimovanja uređaja i početka ispitivanja

- Ispitivanja su izvođena tokom 30 minuta na sobnoj temperaturi i 500 psi

- Zapremina filtrata je zabeležena nakon 1, 5, 7,5, 15 i 30 minuta

[0107] Fig.2 je grafik određenih podataka koji su tipični za ispitivanje na filtracionom disku debljine 1⁄4".

Kroz njega je strujao polimerni kontrolni fluid i nije bilo materijalnog smanjivanja zapremine filtrata. Kada su dodate različite vrste silikata, filtracione brzine su drastično smanjene budući da je došlo do taloženja. Treba zapaziti da je propusnost skoro eliminisana čak i na disku debelom 1⁄4" sa 3000 mD propusnosti.

[0108] Priprema fluida:

- 1000 mL 5 kg/m3 polimernog fluida pripremljeno je umešavanjem ksantan gume (Kelzan XCD<™>) u svežu vodu tokom približno 30 minuta pomoću Silverson miksera na srednjoj brzini smicanja.

- Kontrolni fluid bio je gorenavedeni polimerni fluid.

- Formulacija A, 30 mL Ecodrill<™>317, komercijalno dostupnog proizvod od preduzeća PQ Corporation, kombinovano je sa 270 mL gorenavedenog polimernog fluida kako bi se dobila 300 mL porcija 3% aktivnog rastvorljivog kalijum silikata.

- Formulacija B, 30 mL Ecodrill<™>K45, komercijalno dostupnog proizvoda od preduzeća PQ Corporation, kombinovano je sa 270 mL gorenavedenog polimernog fluida kako bi se dobila 300 mL porcija 3vol.% aktivnog rastvorljivog silikata.

[0109] Ukupna PPT zapremina iznosila je 273,8 mL za Formulaciju A, izračunat je brzi gubitak isplačnog filtrata od 257 mL i izračunata je brzina statičkog filtriranja od 3,1 mL/min. Ukupna PPT zapremina iznosila je 103,8 mL za Formulaciju B, izračunat je brzi gubitak isplačnog filtrata od 103,8 mL i izračunata je brzina statičkog filtriranja od 3,7 mL/min. Vrednosti izračunate pomoću formula izraženih u API 13i.

[0110] Izvedena su i ispitivanja istiskivanja nafte iz jezgra/vraćanja propusnosti/oštećenja jezgra. Te se vrste ispitivanja često koriste kako bi se proučavali efekti bušaćeg fluida ili aditiva bušaćeg fluida na propusnost jezgra dobijenog iz ciljne proizvodne zone od interesa. Obično je predmet ispitivanja svođenje štete na minimum ili dovođenje vraćanja propusnosti na maksimum. Početna propusnost je utvrđena i izmerena zasićenjem jezgra prirodnom slanom vodom, naftom ili nekom mešavinom slane vode/nafte i strujanjem jednog slojnog fluida ili više njih kroz jezgro pod pritiskom pri uslovima pritiska i temperature ležišta. Ispitivani fluid je potom ubrizgavan preko lica jezgra tokom određenog vremenskog perioda pa se mogu izmeriti zapremina filtrata, prodor fluida i debljina isplačne obloge. Slojni fluidi su zatim ubrizgavani u suprotnom smeru od strujanja kako bi se utvrdio stepen opadanja ili čak povećanja propusnosti nakon izlaganja ispitivanom fluidu. U tom je ispitivanju cilj bio oštetiti jezgra geliranjem i reakcijama taloženja silikatnih ispitivanih fluida sa jezgrima zasićenim sintetičkom slanom vodom.

[0111] Ispitivanja istiskivanja nafte iz jezgra/vraćanja propusnosti/oštećenja jezgra izvedena su na sledeći način:

Berea Sandstone jezgra sa propusnošću od približno 30 mD zasićena su sintetičkom slanom vodom u vakuumu i ispitivana 3% rastvorom kalijumsilikata, pri čemu on obuhvata 2% specijalnog maziva.

[0112] U nastavku su izloženi postupci, parametri i rezultati ispitivanja.

[0113] Postupak:

1) Čepovi su izmereni i prethodno zasićeni slanom vodom tokom 1 nedelje u 15 inHg vakuumu.

2) Smešteni su u struju jezgra i izmerena je propusnost na slanu vodu.

3) Kalijumsilikatna isplaka je mešana i zagrejana do 95°C.

4) Isplaka je ubrizgavana u jezgro pri kontinuiranoj brzini od 3mL/min.

5) Pritisak je praćen tokom vremena.

6) Diferencijalni pritisak eksponencijalno raste tokom vremena do ~2500psi. Uočen je prodor fluida.

7) Jezgro nije u potpunosti začepljeno, međutim, izgubljeno je -99% propusnosti.

8) Sakupljena je izlazna struja kako bi se utvrdilo istiskivanje fluida (dubina prodora).

[0114] Parametri:

Merni uređaj: Chandler ispitivač odgovora formacije

Čep jezgra: 1,5"x3,0" peščar

Temperatura: 95°C

Ispitivani fluid: Kalijumsilikat na 3% sa 2% maziva

Zapremina pora: 16,78

Početna propusnost: 28,32mD na slanu vodu

Propusnost nakon tretiranja isplakom: 0,197mD

Smanjenje propusnosti: >99%

Protok: 3mL/min

Sastav slane vode:

NaCl - 230,303g

CaCl2- 79,054g

KCI - 8,346g

MgCl2- 13,79g

[0115] Potom je izvedeno ispitivanje disperzije šejla kako bi se utvrdila mogućnost alkalno-silikatnih rastvora sa mazivom da zaptivaju i obezbede mehanički integritet uzorcima šejla. Metodologija je u skladu sa API RP 13i Procedures for Shale Dispersion by Hot Rolling kao što sledi:

• usitnjen je komad od približno 2 kg Pjer šejla kako bi se dobilo približno 900 g delova od -5/+10 mrežnih oka (2 - 4 mm). Pjer šejl je mnogo reaktivniji na vodu i podložniji njoj od starih, tvrdih formacija šejlova koje su obično prisutne na dubinama prikladnim za geoterme. On je izabran kao konzervativna osnovna linija, stvarne performanse sa starim šejlovima će biti bolje.

• Delovi od -5/+10 mrežnih oka prosejani su ASTM sitima i Ro-Tap tresačem sita tokom 2 minuta

• Približno 10 g šejla smešteno je u 250 mL ispitivanog fluida

• Uzorci su valjani tokom 24 sata na 120°C.

• Uzorci su zatim uliveni u sito od 20 mrežnih oka nakon valjanja

• Ćelije koje stare isprane su inhibiranim fluidom (7% KCl) kako bi se sprao svaki materijal koji se zalepio za unutrašnje zidove

• Ukupna količina materijala rekuperovanog na 20 mrežnih oka osušena je na konstantnu masu na 100 C u peći

• Svaki uzorak je potom ponovno prosejan i zabeležena je masa -5/+10 frakcije

[0116] Rezultati za nekoliko različitih formulacija fluida prikazani su u nastavku.

Br. Uzorak Početna masa (g, Ukupna Rekuperovana % Rekuperacije -5/+10 mrežnih rekuperovana masa (g, -5/+10

oka) masa (g) mrežnih oka)

1 Voda 10,025 2,027 0,113 1,1 2 3vol.% kalijumsilikata 10,041 9,895 9,799 97,6 3 3vol.% kalijumsilikata 10,007 10,164 9,657 96,5 2% maziva

4 Mineralno ulje 10,011 9,251 8,501 84,9 5 7% KCl 10,054 9,015 7,307 72,7 6 10 L/m<3>amina 10,002 6,961 5,759 57,6 7 Kompozicija radnog fluida 10,175 7,102 4,514 44,4

[0117] Postignuta je rekuperacija od preko 97%, što je pokazatelj izvrsnog zaptivanja i ojačavanja šejla. Mineralno ulje koje nema reaktivnost sa šejlom, ipak je rekuperovalo samo -85% mase. Gubitak mase je posledica mehaničke degradacije tokom valjanja. Prema tome, visoka rekuperacija od 97% ukazuje na to da nije samo obrazovana hemijska zaptivka, nego je ostvareno i poboljšanje mehaničke čvrstoće. Radni fluid sa inhibitorom šejla koji je takođe dodat ima rekuperaciju od 44% koja je suštinski bolja od sveže vode koja ima rekuperaciju od samo 1%.

Primer 2

[0118] Ispitan je radni fluid koji se sastoji od vode, komercijalno dostupnog inhibitora korozije, kalijumbromida, cetiltrimetilamonijačkog surfaktanta, natrijumsalicilata i čvrstih čestica kalcijumkarbonata na 0,5 mas.%.

[0119] Ispitivani su merenje pada pritiska (tj., trenja) i karakterizacija turbulentne struje pomoću zagrejane struje od 2" kapaciteta 200L. Petlja je opremljena centrifugalnom (GIW, LCC-M 50-230) i vijčano-ekscentričnom (Moyno<™>, 2F090) pumpom sa visokim i niskim smicanjem, tim redom.

Maksimalni Re broj dostiže 500.000 a petlja može raditi sa 15% volumetrijskom koncentracijom čvrste čestice. Pad pritiska kalibrisan je svežom vodom i upoređen sa padom pritiska trenja pri istom protoku pomoću radnog fluida. Postignuto je smanjivanje turbulentnog trenja od 63% u temperaturnom opsegu prikladnom za primene direktne upotrebe toplote.

[0120] Kako bi se ispitala reaktivnost sa neistrošenim alkalnim silikatima u blizini bušotine, Ecodrill<™>317, 29,1 % aktivni rastvor sa odnosom SiO2:K2O od 2,5 umešan je u uzorke radnog fluida. NaOH je korišćen za podešavanje pH 11-12 dok je alkalno-silikatni rastvor ubrizgan u uzorke radnog fluida uz blago mešanje kako bi se dobio 3vol.% i 1 vol.% rastvor. Te su niske koncentracije izabrane kako bi konzervativno predstavljale neistrošeni alkalno-silikatni bušaći fluid u blizini bušotine. U svakom slučaju, dodavanje silikatnog rastvora u radni fluid prouzrokovalo je taloženje a silikat je, nakon 24 sata, očvrsnuo. Rezultati pokazuju da će radni fluid ojačati i poboljšati zaptivku bušotine tako da će ona biti suštinski nepropusna za fluide.

[0121] Kako bi se procenila mogućnost radnog fluida da održava integritet i stabilnost bušotine, izvedeno je modifikovano ispitivanje disperzije šejla. Ispitna metodologija uključuje 2 uzastopna izvođenja disperzije šejla sa istim uzorkom. Prvobitno je uzorak vruće valjan u zaptivaču, kako je prethodno opisano, zatim je ponovno namočen u radnom fluidu kako bi se utvrdila mehanička čvrstoća i hemijska izolacija šejla nakon zaptivanja. Nakon prvobitnog izvođenja disperzije šejla sa zaptivačem bušaćeg fluida, uzorci su osušeni, izmereni i uronjeni u hemijski sastav radnog fluida i valjani tokom 24 sata.

[0122] Uzorci su zatim uliveni u sito od 20 mrežnih oka nakon valjanja i ukupna količina materijala rekuperovanog na 20 mrežnih oka osušena je na konstantnu masu na 100 C u peći. Svaki uzorak je potom ponovo prosejan i zabeležena je masa -5/+10 frakcije i upoređena sa masom uzorka nakon zaptivanja i sušenja. Zanimljivo je da su rezultati iz višestrukih izvođenja pokazali rekuperaciju mase od 96% što ukazuje na izvrsnu mogućnost radnog fluida da održava integritet bušotine.

Primer 3 - Mehanički postupak

[0123] U jednom načinu ostvarivanja, mehanizam se može izvoditi dodavanjem čvrstih čestica u bušaći fluid koje prirodno migriraju u porni prostor I pukotine kako bi smanjile propusnost. To je opšte poznato kao materijal za sprečavanje gubitka cirkulacije (LCM).

[0124] Čvrste čestice mogu biti granularni materijali, vlaknasti materijali i ljuspasti materijali i njihove kombinacije i biti prisutne (dispergovane kroz bušaći fluid) u veličinama neophodnim za smanjivanje propusnosti. Prikladne veličine mogu biti nanometarske do milimetarske.

[0125] Koncepti Abramsovog pravila i / ili Teorije idealnog pakovanja korisni su za utvrđivanje najprikladnijih materijala. Abramsovo pravilo predlaže da bi veličina čestice agensa za začepljivanje trebala da bude jednaka ili neznatno veća od 1/3 srednje veličine ulaza pore ciljne formacije.

[0126] Teorija idealnog pakovanja predlaže širok spektar raspodele veličina čestica kako bi se efikasno zaptile sve šupljine, uključujući šupljine koje su napravili agensi za začepljivanje.

[0127] Čestice se mogu dimenzionisati da prodru u porni prostor pre tamponaže.

[0128] Pored toga, krhotine probušenih stena mogu poboljšati LCM i služiti kao materijal za začepljivanje.

[0129] Bilo koji od tih LCM proizvoda može se koristiti za remedijaciju popuštanja bušotine po završetku postupka bušenja. Dalji viskozni obuhvati ležišta istiskivanjem LCM-om mogu se pumpati smanjenom brzinom kroz deo otvorene rupe kako bi se omogućio prodor LCM-a i zaptivanje svakog popuštanja.

[0130] Najzad, čvrsti silikati (eventualno inkapsulirani) mogu obezbeđivati i efikasan hemijski/mehanički kombinacioni mehanizam za zaptivanje ležišta.

Primer 4 - Biološki postupak

[0131] Mikrobna poboljšana eksploatacija nafte (MEOR) predstavlja inženjersku oblast koja se bavi dizajnom, uzgajanjem i stimulacijom mikroorganizama kako bi se povećala eksploatacija nafte. Većina dubokih geoloških formacija sadrži anaerobne bakterije unutar pornog prostora. Tim su bakterijama slabo dostupni energija i nutrijentima u poređenju sa mikrobima u blizini površine pa one samim tim imaju male gustine populacija.

[0132] Jedna MEOR tehnika predstavlja tretiranje autohtonih mikroba nutrijentima kako bi se podstakao njihov rast i moguće začepljenje poroznosti stene biološkim materijalom. Nutrijenti mogu imati bilo koji hemijski sastav, ali obično uključuju kalijumnitrat i mononatrijumfosfat. Budući da je rast bakterija eksponencijalan, ukoliko se obezbedi dovoljno sirovina i prikladni uslovi, može se izazvati rast bakterija i potpuno začepljivanje pornog prostora u kom su smeštene, što dovodi do toga da stena bude suštinski nepropusna za fluide.

[0133] Druga tehnika predstavlja uvođenje novih mikroba u stensku formaciju i njihovo istovremeno opskrbljivanje nutrijentima. Ti se mikrobi mogu dizajnirati da rastu isključivo na određenoj temperaturi pa se tako mogu aktivirati ubrizgavanjem u vruću formaciju.

[0134] Na konvencionalni bušaći fluid može se primenjivati bilo koja tehnika, što dovodi do toga da stena bude suštinski nepropusna za fluide i do obrazovanja geotermalnog sistema zatvorene petlje.

Primer 5 - Toplotni postupak

[0135] Geološke formacije imaju različite hemijske sastave pa samim tim, različite tačke topljenja, iako se većina sedimentnih formacija tope na 1200°C ili niže. U fazi istraživanja, razvoja i ispitivanja je nekoliko tehnologija koje mogu prodreti kroz stenu pomoću toplotnog razgrađivanja, a ne mehaničkog kontakta.

[0136] Jedan postupak predstavlja stvaranje plazme bilo pomoću električne struje ili nuklearne energije. Ta plazma topi stenu i omogućava kontinuirano bušenje.

[0137] Drugi postupak predstavlja ispaljivanje lasera na površinu stene, čime se povećava temperatura sve dok stena ne počne da se lomi, raspada i najzad topi.

[0138] Drugi postupak predstavlja ispaljivanje projektila velike brzine koji pri udaru oslobađaju dovoljno energije da podignu temperaturu za stotine stepeni.

[0139] Svaka od tih tehnika ima mogućnost da topi proznu i propusnu stenu tokom bušenja, koja se potom može ohladiti i žariti kako bi se obrazovala čvrsta, izdržljiva barijera suštinski nepropusna za fluide.

[0140] Nakon razmatranja detalja postupaka tehnologije, sada će biti reči o specifičnim primenama uz pozivanje na nacrt.

[0141] Sada se, uz pozivanje na Fig.1, prikazuje grafičko predstavljanje zapremine filtrata kao funkcije kvadratnog korena vremena za različite formulacije.

[0142] Fig.2 je grafičko predstavljanje diferencijalnog pritiska i podataka o propusnosti kao funkcije vremena za hemijski zaptivajući test istiskivanja nafte iz jezgra koji je opisan u Primeru 1.

[0143] Fig.3 je poprečni presek bušotine sa ulaznom bušotinom 10 koja ima uvodnu zaštitnu kolonu 12 za zaštitu od podzemnih voda. Tehnička zaštitna kolona 14 je zacementirana na svom mestu kao što je prikazano. Sve te komponente su poznate u tehnici. Od tehničke zaštitne kolone 14 pruža se lateralna sekcija 16 koja, u ovom primeru, ne uključuje zaštitnu kolonu, nego predstavlja otvorenu zaptivenu bušotinu. Porni prostor koji okružuje lateralnu sekciju 16 zaptiven je zaptivačem kao što je gore opisano. Zaptiveni porni prostor označen je pozivnom oznakom 18. Zaptivena lateralna sekcija se nastavlja na tehničku zaštitnu kolonu 14. Zatim je potonja zaštitna kolona kontinuirano povezana sa izlaznom bušotinom 20. Izlazna bušotina se završava zaštitnom kolonom 12.

[0144] Fig.4 prikazuje alternativnu situaciju. U tom primeru, lateralna sekcija 16 može biti intermitentno zaptivena što dovodi do nezaptivenog lica 22 stene. U toj je situaciji zaštitna kolona 24 prikazana kao lajner, što znači da nema cementiranja. Samim tim, lajner 22 poboljšava nezaptiveno lice stene i održava kontinuirano kolo od ulaza 10 do izlaza 20. To se može koristiti zajedno sa kontinuirano zaptivenim sekcijama. To će zavisiti od specifične geologije formacije.

[0145] Što se tiče zaptivenih oblasti u poroznoj ili raspucanoj steni, zaptivač se ne stapa sa licem stene, nego se ugrađuje unutar stene in hemijskom primeru razmatranom supra. Generalno, Fig.2 i 3 prikazuju tvrdu stenu.

[0146] Sada je, uz pozivanje na Fig.5, prikazan primer u kom je bušotina izvedena unutar manje propusne sekcije unutar formacije, čiji je primer sedimentna šejlna ili muljnjačka sekcija. U toj situaciji, formacija može imati retke otvorene pukotine, pukotine, ploče klivaža itd. generalno označene pozivnom oznakom 26. Hemijski lajner 28 može se koristiti za ispunjavanje kontinuiteta između ulaza 10 i izlaza 20 pri čemu kompozicija 28 hemijskog lajnera koja ispunjava otvorene pukotine, pukotine i ploče klivaža kao što je prikazano.

[0147] Što se tiče Fig.6, prikazan je prvi primer konfiguracije bušotine. U tom primeru, i ulaz 10 i izlaz 20 uključuju konvencionalne sekcije 30 sa zaštitnim kolonama koje su u vezi sa ulazom 32 i izlazom 34 višestrukog lateralnog sistema 36 bušotine. Taj je sistem smešten unutar geotermalne formacije 38. Sistem 36 uključuje veći broj lateralnih bušotina 16, koje mogu biti delimično sa zaštitnim kolonama u zavisnosti od situacije kao što je predstavljeno na Fig.3 i 4. U formaciji 38 može se koristiti bilo koji broj sistema 36 bušotina. To je predstavljeno pozivnom oznakom 6n vertikalno i horizontalno, pri čemu „nˮ ukazuje na bilo koji broj narednih bušotina u obliku sistema 36 ili bilo kojoj drugoj prikladnoj konfiguraciji.

[0148] Ulaz 32 i izlaz 34 integrisani su sa sekcijama 30 sa zaštitnim kolonama u multilateralnom spoju na koji će se sada pozivati u crtežima koji slede.

[0149] Fig.7 prikazuje jedan mogući multilateralni raspored. Ulaz 32 je povezan sa zaptivenim multilateralnim spojem 40 bušotina od kog se kontinuirano pružaju lateralne sekcije 16. Lateralne sekcije 16 su međusobno razmaknute radi dovođenja rekuperacije toplote iz unutrašnjosti formacije 38 na maksimum (Fig.6). Lateralne sekcije 16 mogu uključivati zaštitnu kolonu kao što je razmatrano uz pozivanje na Fig.3 do 5. Izlaz 34 sistema 36 uključivaće sličan spoj 40 (koji nije prikazan).

[0150] Što se tiče Fig.8, prikazana je konfiguracija bušotine L-oblika, generalno označena pozivnom oznakom 42. U tom primeru, bušotina ima pružajuću sekciju 44 sa terminalnim krajem 46 bušotine sa otvorenom rupom koja je zaptivena kao i u prethodnim primerima. Izolovana cev 48 pruža se unutar bušotine radi dostave fluida. Pružajuća sekcija 44 može biti pod bilo kojim odabranim uglom.

[0151] Fig.9 prikazuje primer vertikalne orijentacije.

[0152] Na Fig.10, obezbeđen je bunar W-oblika predstavljen pozivnom oznakom 50. Površina je označena pozivnom oznakom 52. U tom primeru, izlaz iz jedne bušotine postaje ulaz druge bušotine. Smer strujanja prikazan je strelicama. Obrazac se može ponavljati za dodatne cikluse. U tom primeru, bušotine 16 sa otvorenim rupama zaptivene su kao što je razmatrano sa prethodnim crtežima i mogu uključivati naizmenične obrasce sekcija sa zaštitnim kolonama i jednostavno zaptivenih sekcija bušotina. To će zavisiti od geologije formacije.

[0153] Fig.11 prikazuje dalju varijaciju multilateralnog sistema sličnu sistemu koji je prvobitno pomenut na Fig.3, koji kombinuje ulazne i izlazne vodove u jednoj bušotini, pri čemu sklop multilateralne sekcije može biti pod bilo kojim uglom unutar formacije. U tom primeru, lateralne sekcije 16 se uzajamno sastaju na terminalnom kraju 54.

[0154] Fig.12 predstavlja raspored 56 jedne lokacije u bočnom izgledu pri čemu su ulazna bušotina 10 i izlazna bušotina 20 generalno blizu. Kolo fluida je prikazano za lateralne sekcije 16. Kao i u prethodnim primerima, bušotine sa otvorenom rupom zaptivene su tokom izvođenja bušenja pri čemu se okružujući porni prostor zaptiva tokom tog postupka. Pozivna oznaka 12n ima isto značenje kao značenje koje je pripisano 6n uz pozivanje na Fig.6.

[0155] Na Fig.13 prikazana je dalja varijacija. Prikazan je izgled rasporeda višestrukih lateralnih bušotina odozgo. Pojedinačne bušotine 16 iz prikazanog većeg broja, dele zajedničku ulaznu bušotinu 10, pružaju se unutar geotermalne zone formacije (koja nije prikazana u ovom crtežu) i vraćaju se u zatvoreno kolo do zajedničke izlazne bušotine 20. Smer strujanja prikazan je strelicama i strujanje se može izolovati na svaku pojedinačnu petlju ili ulančati među odvojenim petljama. To je poželjno za mali fosilni otisak uz omogućavanje maksimalnog termorudarenja unutar geotermalne zone.

[0156] Fig.14 prikazuje dalju varijaciju u kojoj postoje višestruki sklopovi bušotina koji su obezbeđeni uz održavanje malog fosilnog otiska pripisanog načinu ostvarivanja sa Fig.13.

[0157] Fig.15 uključuje multilateralni sistem 50 bušotina u kombinaciji sa konfiguracijom bušotine koja je prvobitno predstavljena na Fig.13. U toj se konfiguraciji dve zasebne pojedinačne lokacije 56 mogu protezati preko velike površine sa minimalnom površinskom invazivnošću radi rudarenja velike podzemne geotermalne oblasti. Smer strujanja prikazan je strelicama i strujanje se može izolovati na svaku pojedinačnu petlju ili ulančavati među zasebnim petljama. Ovde razmatrana efikasnost zaptivne tehnologije omogućava fleksibilnost za obezbeđivanje takvih hibridnih konfiguracija. To, pak, omogućava termorudarenje u širokom spektru geoloških situacija čime se omogućava još jedan stepen slobode pri izvođenju ovde navedenih postupaka.

[0158] Fig.16 detaljno prikazuje poprečni presek izbušene bušotine, koja se ovde naziva i lateralnom sekcijom 16. Geotermalna formacija 38 u tom primeru je visokopropusna formacija. Zbog propusnosti se zaptivač, označen pozivnom oznakom 60, širi unutar pornog prostora u formaciji i neposrednoj blizini, pri čemu bušotina 16, ostaje nereagovana. Ka spoljašnjosti od oblasti nereagovanog zaptivača je porni prostor zaptiven zaptivačem koji je, kao i u prethodnim primerima, označen pozivnom oznakom 18.

[0159] [ Fig.17 prikazuje rezultat izlaganja bušotine sa Fig.16 radnom fluidu. Nakon tog tretiranja, oblast formacije koja okružuje bušotinu postaje zaptivena čime se obrazuje nepropusna razdelna površina između unutrašnje zapremine same bušotine i formacije oko nje. To je naročito poželjno jer je zaptivena bušotina 16 okružena rezervom nereagovanog zaptivača 60. U slučaju da seizmička aktivnost ili druga štetna aktivnost ugrozi zaptivku bušotine, bušotina može održati svoj integritet i zaptivni kapacitet samozaceljivanjem pomoću reakcije između rezerve dostupnog reagensa i radnog fluida. To očigledno ima veoma značajne prednosti u pogledu smanjivanja troškova rada i održavanja tokom vremena koji, naravno, značajno ublažavaju početne kapitalne izdatke povezane sa početnim sintetizovanjem sistema bušotine.

[0160] Što se tiče stene sa niskom ili prosečnom propusnošću, čiji je primer granit, muljnjak ili šejl, porni prostor, pukotine, otvorene pukotine, ploče klivaža itd. mogu se ispuniti zaptivačem oko spoljašnjosti bušotine 16 kako bi se obrazovala nepropusna razdelna površina u jednoj fazi bez potrebe za reaktivnim radnim fluidom ili daljim tretiranjem. Prema tome, biće obezbeđeno da geološka propusnost ne predstavlja nikakve probleme geotermalnog termorudarenja uzevši u obzir obim ovde razmatranih postupaka.

[0161] Sporedni benefit je to što se tehnologija može proširiti u sfere remedijacije i nadogradnje. Jedan od temelja ovde navedene tehnologije jeste ekološki prihvatljivo rešenje za stvaranje energije u geotermalnoj oblasti kojim se zaobilazi frakturisanje koje zahteva neprivlačno rukovanje fluidom. Drugi temelj jeste to što tehnologija obezbeđuje sistem zaista zatvorene petlje nasuprot sistemu koji je nepravilno okarakterisan u stanju petlje kao sistem zatvorene petlje.

[0162] Budući da tehnologija omogućava visokoefikasne zaptivne protokole sa nabrojenim geotermalnim rekuperacionim benefitima, otkriveno je da se ta tehnologija može primenjivati za remedijaciju neefikasnih, nekorišćenih ili na drugi način neoperativnih geotermalnih bušotina. Te bušotine mogu biti neupotrebljive ili neoperativne usled bilo kog broja problema kao što su mali protoci, neefikasne pukotine, nekonsolidovane formacije i posledični problemi sa stvaranjem peska, prekomerna korozija od slane vode ili usled problema sa izluživanjem, između ostalih. Prema tome, tamo gde nije moguća nadogradnja na novi geotermalni sklop bez hidrauličnog frakturisanja kao što je ovde razmatrano, neoperativna lokacija biće napuštena uklanjanjem nepotrebne zaštitne kolone i pomoćnih komponenata ili tamo gde je moguće, podvrgnuta remedijaciji skupim i ekološki spornim radnjama kao što je hidraulično frakturisanje ili potencijalno ponovnim bušenjem čitavih bušotina. U svetlu činjenice da stepen propusnosti nije problem, zaptivna tehnologija predstavlja atraktivan remedijacioni benefit.

[0163] Što se tiče konverzije ili nadogradnje postojećih geotermalnih bušotina, prethodno postojanje bušotina omogućava iskorišćavanje tehnologije sa značajnim ekonomskim prednostima, eliminiše potrebu za upravljanjem fluidom za hidraulično frakturisanje, izazvanu seizmičnost i ekološke rizike te čini lokaciju nadogradnje, prethodno naširoko prepoznatu kao ekološki neprihvatljiv izvor energije, zelenom energetskom platformom na kojoj se može dalje graditi.

[0164] Što se tiče dodatnih primena obima tehnologije, o tome će sada biti reči u sledećim crtežima.

[0165] Na Fig.19, petlja 64 bušotine obuhvata sistem zatvorene petlje sa ulaznom bušotinom 10 i izlaznom bušotinom 20, smešten unutar geološke formacije, koja, na primer, može biti geotermalna formacija, niskopropusna formacija, sedimentna formacija, vulkanska formacija ili formacija „fundamentaˮ koja je prikladnije opisana kao kristalna stena koja se javlja ispod sedimentnog basena (nijedna nije prikazana).

[0166] Petlja 64 bušotine i ciklus 66 napajanja su u termokontaktu pomoću izmenjivača 68 toplote koji rekuperiše toplotu iz radnog fluida koji cirkuliše u petlji 64 u formaciji koja se zatim koristi za stvaranje energije generatorom 70 u ciklusu 66. Primera radi, temperatura formacije može biti u opsegu između 80°C i 150°C.

[0167] U prikazanom rasporedu koriste se dva zasebna radna fluida. Dalji detalji koji se tiču fluida biće razmatrani u nastavku. Na niskoj temperaturi moguće je modifikovanje radnog fluida korišćenog u radu petlje bušotine sistema.

[0168] Kao takvi, trenutno dostupni moduli za stvaranje energije obično ograničavaju ulaznu temperaturu radnog fluida ciklusa napajanja na iznad 0°C u primarnom izmenjivaču toplote. Veću razmeru pritisaka turbine omogućava pad temperature radnog fluida ispod nule. Međutim, konvencionalni geotermalni projekti su ograničeni potencijalnim zamrzavanjem geotermalnog fluida na drugoj strani izmenjivača toplote.

[0169] Ta su ograničenja trenutne tehnologije prevaziđena primenom sistema sa odvojenim ciklusom napajanja u kombinaciji sa bušotinom zatvorene petlje.

[0170] Fluidi se mogu modifikovati aditivima kako bi se sprečilo zamrzavanje na temperaturama ispod nula °C. Prikladni aditivi uključuju agense protiv kamenca, agense protiv korozije, reduktore trenja i hemikalije protiv zamrzavanja, rashladne agense, biocide, ugljovodonike, alkohole, organske fluide i njihove kombinacije.

[0171] Suštinski benefit radnog fluida petlje prilagođenog za bušotinu u kombinaciji sa odvojenim ciklusom napajanja jeste taj što na njega ne utiče veoma hladna ambijentalna temperatura pa se samim tim olakšava upotreba bilo kog opšteg ciklusa napajana (uključujući ORC, Kalina, ciklus nosača ugljenika, CTPC) kako bi se povećala veća neto proizvodnja energije kada se koristi zajedno sa petljom bušotine kao što je izloženo na Fig.19. U tom se rasporedu toplota prenosi sa prvog radnog fluida na drugi radni fluid kada je temperatura drugog radnog fluida nula °C ili ispod nula °C.

[0172] Na Fig.20 i 21 prikazani su opcioni rasporedi sa odvojenim kolom.

[0173] Fig.20 prikazuje odvojeno kolo koje uključuje petlju 12 bušotine u termokontaktu sa dvama zasebnim izmenjivačima 18 toplote pri čemu oba imaju svoj sopstveni generator 22 energije čime se obrazuje paralelni raspored. Slično tome, Fig.21 prikazuje redni raspored.

[0174] Integrisani ciklus napajanja petlje bušotine predstavlja sistem zatvorene petlje u kom izabrani radni fluid cirkuliše unutar petlje bušotine i zatim struji u turbinu na površini kao što je prikazano na Fig. 22. Pozivna oznaka 72 označava čitavu šemu postupka. U tom se postupku koristi jedan fluid tako da nema zasebnog fluida petlje bušotine i sekundarnog radnog fluida ciklusa napajanja. Radni fluid u tom ciklusu zatvorene petlje može funkcionisati bilo kao transkritični ciklus, u kom je fluid superkritičan na višem radnom pritisku i supkritičan na nižem radnom pritisku, ili kao potpuno superkritičan ciklus u kom fluid ostaje superkritičan na nižem radnom pritisku.

[0175] Kao što je poznato, transkritični ciklus je termodinamički ciklus u kom radni fluid prolazi i kroz supkritična i kroz superkritična stanja. Uređaj dalje uključuje rashladni uređaj, prikazan u primeru kao vazdušni hladnjak 74 i turbinu 76 sa generatorom 78. Vazdušni hladnjak 74 se koristi za rashlađivanje radnog fluida na temperaturu između 1°C i 15°C iznad ambijentalne temperature. Takođe treba zapaziti da se radni fluid može rashladiti na temperaturu ispod nula °C. Uz pozivanje Fig.24 prikazani su podaci o performansama.

[0176] Upravljački mehanizam u tom integrisanom ciklusu predstavlja veoma snažan termosifon koji se podiže usled razlike u gustini između ulaznog vertikalnog zida 10 i izlaznog vertikalnog zida 20. Fluid je u superkritičnom tečnom stanju u ulaznoj bušotini 10, zagreva se kako putuje kroz lateralne spojne sekcije 80 i izlazi u superkritičnom stanju u izlaznu bušotinu 20, što stvara značajan pritisak.

[0177] Dejstvo termosifona može u potpunosti eliminisati potrebu za površinskom pumpom u normalnim uslovima rada osim tokom pokretanja. Time se poželjno eliminiše energija potrebna za funkcionisanje pumpe i povećavanje neto izlazna električna energija.

[0178] Rad u sadejstvu sa kolom petlje bušotine predstavlja upotrebu prilagođenih fluida i mešavina izrađenih spram izgleda, dubine, dužine i ambijentalne temperature bušotine. Stanje tehnike samo razmatra upotrebu ugljendioksida ili čistih ugljovodoničkih fluida. Sa sistemom zatvorene petlje kao što je ovde razmatrani sistem, početni troškovi i složenost mešavina fluida predstavljaju samo manji faktor u čitavoj ekonomiji. Dakle, mogu se koristiti drugi fluidi kao što je fluid sa najmanje jednom karakteristikom odabranom iz grupe koja obuhvata:

radni fluid za upotrebu u rekuperaciji toplotne energije iz geotermalne bušotine sa ulaznom bušotinom, izlaznom bušotinom i spojnim segmentom bušotina između njih, pri čemu pomenuti radni fluid ima najmanje jednu karakteristiku odabranu iz grupe koja obuhvata:

a) suštinski nelinearni odnos temperature i entalpije unutar spojnog segmenta pri pritiscima većim od 10 MPa i temperaturama manjim od 180°C radi dovođenja temperaturne razlike i prenosa toplote između fluida i okružujućeg dubinskog izvora toplote na maksimum;

b) mogućnost podvrgavanja reverzibilnoj reakciji osetljivoj na pritisak koja je endotermna na povišenom pritisku, a egzotermna na pritisku nižem od povišenog pritiska;

c) mešavinu fluida koja obuhvata hemijsku reakciju apsorpcije koja je endotermna unutar spojne/lateralne sekcije;

d) vodeni elektrolitni rastvor sa rastvorljivošću koja zavisi od temperature i pritiska, što dovodi do endotermnog efekta unutar spojne/lateralne sekcije;

e) fluid na bazi vode koji sadrži kompoziciju za smanjivanje turbulentnog trenja koja se ne degradira prilikom izlaganja visokom smicanju;

f) superkritični fluid;

g) mešavinu amonijak-etan;

h) funkcionalne kombinacije od a) do g)

[0179] Otkriveno je da fluidi koji ispoljavaju suštinski nelinearan temperaturno-entalpijski odnos unutar lateralnog dela petlje bušotine i/ili koji ispoljavaju reverzibilnu reakciju osetljivu na pritisak koja je endotermna na povišenom pritisku, a egzotermna na pritisku nižem od povišenog pritiska mogu značajno povećati stvaranje energije. Do toga dolazi zato što rastu prosečne temperaturne razlike između temperature stene na udaljenom polu i temperature cirkulišućeg fluida, što dovodi do povećanog prenosa toplote sa geološke formacije.

[0180] Primer te vrste fluida za upotrebu u odvojenoj konfiguraciji predstavlja vodeni talog/elektrolitni rastvor sa rastvorljivošću koja zavisi od temperature, pri čemu je voda superzasićena na vrhu ulazne bušotine. Čvrste čestice se drže u suspenziji sa agensom protiv kamenca (agensom protiv flokulacije) i sa turbulentnom strujom (slično bušaćoj isplaci). U lateralnim sekcijama, temperatura raste pa samim tim raste i rastvorljivost čvrstih čestica koje se drže u suspenziji. To omogućava rastvoru da endotermno apsorbuje toplotu sa stene (u osnovi povećava efikasni termokapacitet fluida) kako se čvrste čestice rastvaraju u vodi. U izmenjivaču toplote do odvojenog ciklusa toplota u energiju, temperatura opada pa se čvrsta supstanca taloži ezgotermno.

[0181] Korisni fluidi uključuju vodene rastvore sa sledećim rastvornim supstancama kao primerima: Amonijakacetatom, amonijakdihidrogenfosfatom, amonijakformatom, amonijaknitratom, kalijumbromidom, kalijumhloridom, kalijumformatom, kalijumhidrogenkarbonatom, kalijumnitratom, natrijumacetatom, natrijumkarbonatom i mononatrijumfosfatom.

[0182] Komplikovano je koristiti jednu turbinu i ostvariti adekvatnu efikasnost u čitavom opsegu ambijentalnih uslova. Otkriveno je da se taj problem rešava upotrebom dveju ili više redno ili paralelno vezanih turbina koje su optimizovane za različite ambijentalne uslove. Tokom perioda hladnijih temperatura, upravljačka logika (koja nije prikazana) automatski prebacuje radni fluid u odgovarajuću turbinu kako bi se održala visoka efikasnost tokom čitave godine.

[0183] Sada je, uz pozivanje na Fig.25 i 25 A, predstavljen šematski prikaz ulančavanja bušotina, uopšteno označen pozivnom oznakom 82. U tom načinu ostvarivanja, svaka površinska lokacija, uopšteno označena pozivnom oznakom 84, uključuje injekcionu bušotinu 86 povezanu sa vodom ili spojnim segmentom 88 lateralnih bušotina i proizvodnom bušotinom 90. Tako, kontinuirana konstrukcija bušotina pripada konstrukciji generalno U oblika. Lateralni segment bušotine može obuhvatati sistem 36 bušotine, kao što je razmatrano na Fig.3 ili bilo koju drugu prethodno razmatranu konfiguraciju.

[0184] Kao što je prikazano, svaka lokacija 84 je zasebna i povezana sa bliskim lokacijama na elegantan i poželjan način. Primera radi, rastojanje između lokacija može biti 3.500 metara do 6000 metara. To će, naravno, varirati od situacije do situacije.

[0185] Prilikom upotrebe, radni fluid cirkuliše u injekcionoj bušotini 86 jedne lokacije 84, opciono se obrađuje, na primer, uređajem za stvaranje energije (koji nije prikazan) radi rekuperacije toplotne energije i potom prolazi kao izlazna struja kako bi postala ulazna napojna struja za injekcionu bušotinu 86 bliske lokacije 84. Linija 92 lanca prikazuje to povezivanje ili ulančavanje. Budući da se ne rekuperiše sva toplota, ulazna napojna struja za bušotinu 86 bliske lokacije se prethodno zagreva za injektovanje u lateralni vod 88. Postupak se potom ponovo podešava za ponavljanje u sledećoj lokaciji 84.

[0186] Što se tiče Fig.26, prikazan je dalji način ostvarivanja ovog pronalaska na primer, sistem od 8.000kW do 12.000kW. U tom se primeru pojedinačne petlje mogu spojiti na centralizovanoj lokaciji 94 kako bi se centralizovao uređaj za stvaranje energije (koji nije prikazan) radi povećane energije i efikasnosti.

[0187] Fig.27 i 28 prikazuju radnje manje razmere, 4.000kW- 6.000kW (Fig.27) i 2.000kW - 3.000kW (Fig.28).

[0188] Jedna od značajnih karakteristika upotrebe primene ulančavanja jeste to što nije potreban povratni vod blizu površine. Ukoliko je potreban, kao što je u konvencionalnim rasporedima petlji bušotina, kapitalni troškovi prevazilaze 10% ukupnog kapitala projekta, tu je i potreba za pregovaranjem prava prvenstva prolaza a posledični gubici toplote od ~3 °C i gubici pritiska dovode do niže efikasnosti.

[0189] Za razliku od toga, ulančavanje eliminiše potrebu za povratnim vodom u blizini površine jer su petlje bušotine povezane od vrha do dna. Pored toga, uparene petlje deluju kao međusobni povratni vod sa parom koji koristi otpadnu toplotu kao ulaz za stvaranje prethodno zagrejane struje supra.

[0190] Druge prednosti uključuju povećanu proizvodnju energije bez površinskog kidanja (fosilnog otiska) jer je sve ispod površine i smanjeno je rastojanje između lokacija 84. Time se srazmerno smanjuju troškovi ukoliko se može korisiti kraći vod 88 zahvaljujući povišenoj temperaturi dizajna prethodno zagrejane napojne struje.

[0191] Bušotine u primerima obrazovane su primenom opisane metodologije zaptivanja tokom metodologije bušenja. Podrazumeva se da bilo koja kombinacija konfiguracija bušotina može uključiti u raspored ulančanog tipa. Osim toga, za obrazovanje bušotina u ulančanom primeru može se koristiti bilo koja kombinacija destruktivnih tehnika kao i bilo koja druga konfiguracija prikazana u svim crtežima. U

Claims (18)

1. nekim je crtežima pozivanje na oznaku „nˮ uključeno zajedno sa brojem crteža. Primer je Fig.6 sa oblašću označenom 6n. Time se pokazuje da se bilo koji broj, dakle n, dodatnih bušotina može vertikalno slagati ili postaviti u paralelnu vezu sa prikazanom bušotinom ili oba. Vrsta bušotine može biti različita ili ista za dodatne bušotine.

   [0192] Kao što je nabrojano primerima, ovde izložena tehnologija zasnovana je na mogućnosti obrazovanja geotermalne formacije, bez obzira na propusnost, u energetski efikasnu bušotinu radi maksimalne provodljivosti. Ta mogućnost, kada se upari sa visokoefikasnim radnim fluidima, dovodi do izvanredne metodologije.

   [0193] Cirkulacija fluida unutar bušotina može se izvoditi prema bilo kom obrascu i u bilo kom smeru koji olaškavaju efikasnost. To će delimično uslovljavati priroda formacije a stručnjaci iz ove oblasti će to utvrditi i razumeti.

   Patentni zahtevi

   1. Postupak za obrazovanje bušotine (16) zatvorene petlje u formaciji (38) radi rekuperacije geotermalne toplote, gde bušotina (16) obuhvata kontinuirano kolo, pri čemu pomenuti postupak obuhvata:

   obrazovanje, tokom radnje bušenja, razdelne površine između pomenute bušotine i pomenute formacije (38), koja se pruža najmanje između ulazne bušotine (10) i izlazne bušotine (20) pomenute petlje, izazivanjem oštećenja formacije na pomenutoj formaciji hemijskim mehanizmom, pri čemu je pomenuta razdelna površina nepropusna za fluide; i

   uvođenje radnog fluida u bušotinu, gde najmanje deo bušotine predstavlja otvorenu rupu i pri čemu razdelna površina ostaje nepropusna za fluide.
2. 2. Postupak kao što je izložen u zahtevu 1, u kom pomenuti hemijski mehanizam obuhvata korišćenje bušaćeg fluida na bazi alkalnih silikata.
3. 3. Postupak kao što je izložen u zahtevu 2, u kom pomenuti bušaći fluid na bazi alkalnih silikata uključuje najmanje jedno iz grupe koju čine kalijum, natrijum i natrijumaluminosilikat.
4. 4. Postupak kao što je izložen u zahtevu 2, u kom pomenuti bušaći fluid ima koncentraciju alkalnih silikata od između 0,3 mas.% i 10 mas.% u vodi.
5. 5. Postupak kao što je izložen u zahtevu 4, u kom pomenuti bušaći fluid ima koncentraciju alkalnih silikata od između 3 mas.% i 6 mas.% u vodi.
6. 6. Postupak kao što je izložen u zahtevu 4, u kom pomenuti bušaći fluid ima pH ne manju od 10,5.
7. 7. Postupak kao što je izložen u bilo kom od zahteva 1 do 6, koji dalje uključuje fazu poboljšavanja zaptivnog kapaciteta i mehaničkog integriteta obrazovane razdelne površine u daljem radu hemijskih jedinica.
8. 8. Postupak kao što je izložen u zahtevu 7, u kom pomenuti dalji rad hemijskih jedinica uključuje tretiranje pomenute razdelne površine najmanje jednim iz grupe koju čine slani rastvor kalcijumhlorida, kiseline, CO2, surfaktanti i estri.
9. 9. Postupak kao što je izložen u zahtevu 7, u kom pomenuti rad hemijskih jedinica obuhvata tretiranje pomenute obrazovane razdelne površine jedinjenjem koje se može hemijski vezati za pomenutu obrazovanu razdelnu površinu.
10. 10. Postupak kao što je izložen u zahtevu 9, u kom pomenuto jedinjenje obuhvata oljušteni leteći pepeo.
11. 11. Postupak kao što je izložen u zahtevu 9, u kom pomenuto jedinjenje obuhvata najmanje jedno iz grupe koju čine površinski aktiviran grafen, grafenoksid, ugljenična vlakana i njihove mešavine.
12. 12. Postupak kao što je izložen u bilo kom od zahteva 1 do 11, koji dalje uključuje cirkulaciju radnog fluida unutar pomenute bušotine pri čemu on obuhvata aditiv za održavanje razdelne površine radi održavanja nepropusnosti prilikom upotrebe.
13. 13. Postupak kao što je izložen u zahtevu 12, koji dalje uključuje održavanje pritiska radnog fluida unutar pomenute bušotine na pritisku dovoljnom za održavanje integriteta konstrukcije pomenute bušotine kada je to potrebno.
14. 14. Postupak kao što je izložen u zahtevu 12, u kom pomenuti radni fluid obuhvata:

    nelinearni odnos temperature i entalpije unutar spojne sekcije bušotine između ulazne bušotine (10) i izlazne bušotine (20) pri pritiscima većim od 10 MPa i temperaturama manjim od 180°C radi dovođenja temperaturne razlike i prenosa toplote između pomenutog fluida i okružujuće formacije (38) na maksimum.
15. 15. Postupak kao što je izložen u zahtevu 7, koji dalje uključuje cirkulaciju radnog fluida unutar pomenute bušotine pri čemu on obuhvata aditiv za održavanje razdelne površine radi održavanja nepropusnosti prilikom upotrebe.
16. 16. Postupak kao što je izložen u zahtevu 15, u kom pomenuti aditiv za održavanje razdelne površine izaziva samozaceljivanje svih oblasti pomenute razdelne površine čija je propusnost ugrožena.
17. 17. Postupak kao što je izložen u zahtevu 12, u kom pomenuti aditiv za održavanje razdelne površine izaziva samozaceljivanje svih oblasti pomenute razdelne površine čija je propusnost ugrožena.
18. 18. Postupak kao što je izložen u zahtevu 12, u kom pomenuti aditiv za održavanje razdelne površine taloži nereagovane alkalne silikate preostale iz postupka bušenja.