图1 PetroQuip能源服务公司的罗伯特·库恩(左)展示犹他州的约翰·麦克伦南锻造的12英寸，可承受极高温度，用于裸眼封隔器的弹性体密封件。资料来源:PetroQuip。
 
目前，地热能是一个很小的市场，有大量的高温设备和其他关于工具的想法。
 
从表面上看，在极硬、极热的岩石中钻完持久、大容量的井超出了现有硬件和供应的能力。
很多人认为，你是在尝试水力压裂地热井。他们想到的第一件事是如何在高温下做到这一点? Fervo能源联合创始人兼首席技术官杰克·诺贝克表示:“你的井下工具包括电缆、压裂桥塞等是否有效?
 
在最近的SPE水力压裂技术会议和展览(HFTC)上，他在开场小组讨论中阐述了这一点，当时他们介绍了一个实例，即他们发现了一种成本更低的替代方案，可以用于极端高温条件下的桥塞。
 
这并不是说不需要新的工具来通过干热岩石的裂缝注水，并产生用于发电和其他用途的蒸汽。
 
但在测试的早期阶段，尚不清楚基于试图改进硬件和方法并开发新方法的测试项目最终需要什么。
 
美国能源部为Utah FORGE提供资金，用于在一个高度仪器化的地热试验点进行测试，并为未来井的地下工作寻找和评估工具，这些工具可能比当前试验点的岩石更热。
 
“地热的未来会更深、更热，这将导致电力产量显著提高，”犹他大学在FORGE研究储层管理的副教授约翰·麦克伦南说。
 
如果未来的油井产出的蒸汽温度更高、价值更高，那么目前降低测试成本的变通办法可能就行不通了。麦克伦南说:“目前我们处于EGS(增强型地热系统)地热温度范围的低端。”
 
长期的担忧包括需要实验室方法和仪器来测试用于这些极端井的设备和材料。
 
今年2月在斯坦福大学举行的第48届地热油藏工程研讨会上发表的一篇论文呼吁为地热井建造一个“研究岩石、支撑剂、分流剂、水泥、仪器仪表和设备行为的设施”。
 
AltaRock能源公司和Blade能源公司的论文称:“目前可用的实验室测试设备通常仅限于300°C或更低的温度，通常温度低于200°C。”该论文补充说，现有设备通常只能测试小尺寸样品。
 
但工程师们永远不会停止寻找成本更低的可靠方法。
 
在FORGE地热试验点，他们已经证明，使用弗雷德•杜普里斯特教授在埃克森美孚工作期间开发的方法，可以在坚硬岩石中更快地钻孔。这种工艺改进方法导致了钻头的改进，但并没有什么真正的创新和不同。
 
在斯坦福大学研讨会上发表的一篇论文中，Fervo谈到了其内华达州的测试基地，“该项目使用了业内普遍存在的钻井和完井工具和技术”。
 
图2 由PetroQuip为FORGE设计和制造的桥塞将在Waller工厂进行测试，温度超过400°F。来源:PetroQuip。
 
一些需要
 
自从钻下第一口井以来，FORGE的设备需求清单不断增加。在HFTC上描述了去年春天在FORGE现场进行的压裂测试时，麦克伦南提出了一些关于地震检波器的建议。它们可以“对温度非常敏感”
 
他的评论是基于地震检波器故障，这限制了一年前压裂井时微地震数据的收集。从那时起，他们启动了一个项目，转向更耐热的光纤电缆，用于井下数据收集。
 
有两对合作伙伴正在研究这个问题:莱斯大学和壳牌公司组成一个团队，另一个团队由德克萨斯大学奥斯汀分校和光纤公司sililixa组成。
 
FORGE面临的另一个挑战是找到能够承受高温的凝胶，以及具有热岩石经验的工程师。
 
麦克伦南在HFTC的一次演讲中表示:“一些旧的选择不再可用，一些主题专家也不再可用。”
 
一位在压裂化学方面有长期经验的中小企业员工告诉他，他多年前申请了一种高温凝胶专利，这种凝胶可能在更热的井中工作。不过，这样做需要与收购了他前雇主及其知识产权的大型服务公司达成协议。
 
对凝胶的需求可能取决于FORGE首次压裂测试的一个阶段的结果，在该测试中，他们通过泵注来观察凝胶是否能更好地控制裂缝生长。
 
根据他们在测试中观察到的情况，交联聚合物凝胶可能有所帮助。麦克伦南说，基于他们的裂缝建模，他们观察到更高的高度和简单平面裂缝的形成。
 
但这仅仅是基于微地震成像的单级测试的早期印象。他们从压裂区域的钻井和注入测试中学到的东西会告诉他们更多信息。
 
插头的问题
 
对于Fervo和FORGE的工程师来说，插头是个问题。暴露在400°F的高温下，大多数弹性体会变得坚硬，无法在不规则的表面形成紧密的密封。
 
麦克伦南在HFTC大厅会见的专家中包括PetroQuip能源服务的运营副总裁罗伯特·库恩，他在前一天的会议上参观了他们正在为温度高达475°F的井建造的两种工具。麦克伦南看到了他们正在为FORGE公司的Waller工厂建造和测试的隔离工具和裸眼封隔器。
 
这家设备制造商将地热视为供应商的一个机会，他们有更好的想法。但这也带来了一些不确定性，即客户最终需要什么。
 
库恩说，“还没有人提出一个明确的最佳方法”来完成通过热岩石注入和生产水所需的井。
 
对于FORGE，PetroQuip正在制造一种12英寸裸眼封隔器。-长密封件和使用热塑料在极端温度下密封的桥塞。
 
麦克伦南说，在首次压裂测试中，FORGE希望更换用于隔离压裂段的桥塞，因为桥塞必须使用钻杆进行坐封，这增加了使用钻机进行压裂的费用。
 
他们在PetroQuip建造的设备可以使用连续油管运行，因此不需要钻机，并且可以使用电线泵送。
 
设计用于7英寸插头的任何小于连续油管的材料，套管让库恩感到担忧，因为他从未见过在如此大直径的分支管中如此有效的套管。
 
压裂时冷却
 
之前，Fervo也经历过类似的插头开发过程。它与一家供应商合作，利用美国能源部的资助，建造了一个额定温度为400华氏度的油井堵塞器。但它也发现了用于高温油气井压裂的成本更低的现成塞子。
 
“我们的目标通常是375°F到425°F。所以我们说的不是极端温度，而是比海恩斯维尔等最热的油气田还要高。”麦克伦南说道。
 
根据Fervo在内华达州测试井中的光纤电缆，套管内的最高温度约为250°F。这为几个低成本部分打开了大门。
 
 
为了确保数据正确，他们使用井下数据来模拟不泵入一级时的温度上升幅度。
 
在此基础上，假设储层温度为400°F，即使在压裂过程中关闭泵，温度也可以达到265°F。“实际上，我们有信心能够使用这些更标准、成本更低的低温桥塞。我们会没事的，”他说。随后，他们成功地使用了几种低成本的插头。
 
“我只是举个例子，人们的第一直觉是说，好吧，由于高温条件，这是一个非常具有挑战性的问题。”但当工程师们研究井内数据时，他们发现有节省成本的选择。
 
麦克伦南说，FORGE公司希望更换其第一次压裂测试中用于隔离各阶段的桥塞，因为它必须使用钻杆进行设置，这增加了使用钻机进行压裂的费用。