PNNL压裂液:地热能的高性价比选择

2020-02-06 15:37:34

研究人员确定了使用StimuFrac™在较低压力下产生较大岩石破裂的两个过程。

地热能是一种 可靠的能源,具有巨大的潜力 ,它可以将地表以下的热量吸收并转化为电能。

虽然找到高温岩石相对容易,但要找到可以发展为可持续储层的地质构造却是一个挑战。称为水力压裂的机械过程通过将高压流体注入深部目标岩层中而形成裂缝网络,从而允许热量从岩石传递到注入的流体中。

在增强的地热系统(EGS)中使用的当前压裂液对于温度条件而言既昂贵又效率低下。石油和天然气工业中使用的常规流体也需要大量的水,并且可能对地下水构成威胁。

在美国能源部地热技术办公室(GTO)的资助和技术支持下 ,PNNL提出了替代方案。研究人员开发了一种名为StimuFrac ™ 的环保型压裂液,该压裂液 利用较低的压力使EGS中高度不可渗透的岩石破裂。StimuFrac创造了可穿透高温储层的潜在更安全,经济高效的裂缝,从而应对了这一重大的EGS挑战。PNNL小组最近确定了两个使用StimuFrac时在较低压力下产生较大岩石破裂的过程。

PNNL化学家卡洛斯·A·费尔南德斯(Carlos A. Fernandez) 说:“自从这项技术问世以来已有六年,我们现在知道它是如何工作的 。” “到目前为止,我们知道了StimuFrac的好处,但直到现在,我们还不了解在比常规流体更低的压力下进行压裂的机理。”

流程

PNNL团队在美国化学学会的《可持续化学与工程》杂志上发表了有关两个过程的发现,证实了StimuFrac的潜力 。研究人员进行了StimuFrac的计算和实验研究,确定与传统的液压和无水流体相比,StimuFrac在较低的压力下始终能使岩石破裂。

StimuFrac涉及将聚烯丙胺的水性溶液泵入地下。然后将其与注入的二氧化碳混合,形成水凝胶。产生的体积膨胀会产生导致岩石破裂的压力。与传统的压裂方法相比,StimuFrac可以通过使用更少的水和更少的泵送能量,将运营成本降低60%。

研究人员通过使用压裂液在熔融石英上进行一系列实验,证实了这两个过程,熔融硅具有PNNL地质学家Delphine Appriou所述的均质的“类岩石机械性能” ,并在加利福尼亚州EGS站点的岩石样品上进行了实验。

PNNL的计算科学家Varun Gupta使用基于有限元方法的建模来确定使熔融石英破裂所需的压力。研究小组观察到在发生体积膨胀的条件下产生裂缝所需的注射压力降低。根据已发表的发现,StimuFrac在比传统流体低30%的压力下始终使熔融石英破裂。

在其中一种方法中,研究人员确定了由CO 2触发的水聚合物溶液体积膨胀所产生的超压是所观察到的更有效压裂的原因。然后使用团队开发的创新型高压混合容器确定超压值。

在第二步中,StimuFrac流体以较低的压力穿透岩石,使岩石破裂。Fernandez报道说,较低的压力意味着它是一种能耗较低且相对便宜的压裂工艺。

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