Perfuradores vs. Granito: Hard Rock está perdendo sua vantagem

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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