石油圈
地熱系統正成為一種日益重要的清潔能源，尤其是可作為基礎能源。但深達數千米的地熱井存在風險，有時也會出問題。Fraunhofer協會的科學家們現已開發出一種創新工具，可在主井筒之外鉆出更多分支井筒。石油圈原創，石油圈公眾號：oilsns
編譯 | 流沙
地熱能是一種取之不盡、用之不竭的能源。在厚度約30公里的地殼深處，可以發現儲層、裂縫與裂隙中的熱水。位于5000米深處的水已有200℃的溫度。在地熱應用中，熱水被生產井抽上來，將其用于驅動蒸汽渦輪機發電，或通過熱泵系統為建筑物供暖。冷卻后的水通過注入井回注地下，在熱巖中再次被加熱，這是一個完整循環。這種可再生能源在應對氣候變化方面能夠發揮重要作用。石油圈原創，石油圈公眾號：oilsns
這些深達數千米的井同時也帶來了巨大的成本與風險，勘探風險高達30%。這正是Fraunhofer能源基礎設施與地熱系統研究機構IEG的專家們想要改變的事情。他們的想法是使用一個微型鉆頭在井筒周圍50米的范圍內鉆井，并通過液壓將周圍充滿水的裂縫與井眼相連。這為熱水流入生產井開辟了通道，從那里可以將水抽上來。
石油圈原創，石油圈公眾號：oilsns
二次鉆井探索周邊區域
Niklas Gei?ler開發出微型渦輪鉆井 (MTD) 技術，他在位于Bochum的Fraunhofer IEG研究機構與位于瑞典的Fraunhofer-Chalmers工業數學研究中心（FCC）開展了相關研究。Gei?ler解釋道：“鉆入地殼數千米的井需要花費數百萬歐元，使用MTD技術可在主井筒上鉆出更多分支井，增加了熱水的開采面積，顯著降低了勘探風險?！?/p>
?1? 技術原理
MTD的關鍵是一個緊湊的微型鉆井渦輪，配備一只特殊鉆頭。它非常小，直徑只有3.6厘米，長度只有10厘米。該微型渦輪與高壓軟管相連，通過高壓軟管，在大約100bar的進口壓力下，泵速高達200L/min的水為其提供動力，從而使鉆頭旋轉。鉆頭由含有金剛石顆粒的碳化鎢基體組成，并以每分鐘80000轉的轉速研磨巖石。因此，它特別適用于堅硬的結晶巖石，如花崗巖。此外，它還可以鉆穿鋼材。這一點很重要，因為井筒中通常下入鋼制套管，以獲得更好的井壁穩定性。在不更換鉆具的情況下，MTD可以先鉆穿鋼制套管，然后再鉆進巖石。Gei?ler說：我們可在一小時內鉆進2至3米。驅動微型渦輪的水既可以冷卻鉆頭，也能夠沖洗井筒以清除巖屑?！边^去也有使用加壓水的類似技術，比如徑向噴射鉆井。然而，到目前為止，使用這些技術只能用于鉆進軟質巖石。特別是對于地熱能而言，需要一種方法來鉆穿經常發現地熱儲層的堅硬巖石。
圖1 該微型鉆井渦輪配有金剛石鉆頭，長度僅為10厘米，直徑僅為3.6厘米。鉆井時，它的轉速可高達每分鐘8萬轉。
如何利用該微型鉆井渦輪從主井筒中以相對較大的作業角度側鉆進周圍巖石是鉆井過程中的挑戰之一，這就是為何IEG研究人員開發出一套特殊的偏轉裝置。使用這種“斜向器”，可將該緊湊工具以大約45°的角度側鉆出主井筒。因此，該鉆井工具能夠在主井筒周圍鉆遇新的裂縫與裂隙。利用液壓，也就是將水抽出來時，熱水可從裂縫中流出，然后流入主井筒。
圖2 簡單且可靠：鋼制斜向器能夠以45度的角度向外引導鉆具
Gei?ler熱情地說道：“過去幾個月里，我們在位于瑞士哥達隧道附近的Bedretto地下實驗室（BUL）成功演示了這項技術，該過程已經非常穩定可靠?！?span style="color: #ffffff;">石油圈原創，石油圈公眾號：oilsns
該微型鉆井渦輪的葉片，在旋轉時會發出特有的脈沖類型，其聲音可作為聲學參考來進行分析。通過分析音頻記錄，可以確定出鉆頭是否以正確的速度旋轉，是否卡鉆，甚至能判斷鉆頭是否正在干轉。該聲音可作為結構聲傳遞至鋼管，然后在地面進行記錄。石油圈原創，石油圈公眾號：oilsns
?2? 技術前景
MTD技術不僅適用于地熱應用，也可用于所有深層鉆進作業。因為在這種情況下，探查井筒周圍可能存在的非均質巖石是非常重要的，例如油氣行業。在地質工藝或隧道建設領域，這種微型鉆井技術也可用于在難以觸及的區域鉆出錨孔，因為那里的可用空間不允許使用常規設備?！?/p>
然而，該技術的主要應用還是提取地熱能。該技術已于2020年提交了專利申請。專家們估計歐洲地熱發電廠的數量將在未來5至8年內翻一番。Fraunhofer IEG的微型鉆井渦輪可以發揮重要作用，降低生產井的風險與成本，甚至還能提高作業效率。石油圈原創，石油圈公眾號：oilsns
未經允許，不得轉載本站任何文章：
