지구의 내부 열에서 파생 된 지열 에너지는 지구 재생 에너지 포트폴리오의 코너스톤으로 서 있습니다. 태양 또는 바람과 달리 최소한의 탄소 배출을 가진 기본 전력 생성 및 직접 난방을 제공합니다. 세계로 인해 지속 가능한 에너지 시스템에 전환을 가속화하고, 한 가지 중요한 요인에 지열 프로젝트 경첩의 효율성과 비용 효율적인 : 드릴링. 드릴링 작업은 총 프로젝트 비용의 40 %에서 50 %를 차지하고, 극단적 인 온도, 고압, 열 및 열화성, 환경의 증가를 촉진하는 데 도움이되는 광범위한 영역의 혁신을 촉진합니다.

Geothermal Drilling의 배경 및 도전

지열 공기통은 일반적으로 1 ~ 5 킬로미터의 깊이에서 발견되며, 암석 온도는 150°C에서 400°C에 이르는 범위입니다. 협약식 로타리 드릴링은 오일 및 가스 산업에서 적용되며 지열성 웰빙을위한 작업자였습니다. 그러나 지열 환경은 독특한 장애물을 나타냅니다.

  • 고온 의 종래의 시추 유체 및 전자, 비트 수명과 센서 성능을 제한.
  • Hard, 골절, 연마 바위(예: 화강암, 바스틸) 가속 비트 마모와 지루한 내성 원인.
  • 유황화, 이산화탄소, 산성화 황화 공격 강철 및 시멘트를 함유 한 부식성 형성 유체].
  • 저장 순환]는 압력 손실과 잠재적인 타격을 선도하는 분쇄로 유체 탈출을 드릴링 할 때 발생합니다.

이 도전은 지열 에너지의 수평화 비용을 줄이고 tectonically 활동 지구를 넘어 지리적 응용성을 확장하는 데 필수적입니다.

최근의 발전 기술

지난 10년간, 상당한 진전은 지열 응용 분야에 특히 드릴링 기술을 적용하고 개선하기 위해 만들어졌습니다. 이 진보는 공구 수명을 연장하고, 침투의 비율을 강화하고, 극단적으로 조건 하에서 잘 노출 안정성을 유지하십시오.

고온도 부품으로 향상된 Geothermal Drilling (EGD)

Geothermal Drilling은 장비가 극한 열에 대한 장기간 노출을 살아남을 수 있도록 재료 및 디자인 혁신의 제품군을 통합합니다. 주요 개발에는 다음과 같습니다.

  • 고온 드릴 비트 폴리 크리스탈 다이아몬드 컴팩트 (PDC) 커터가 장착된 350°C까지 경도 및 열 안정성에 적용.
  • Advanced cooling system 증기압 또는 열파이프 루프를 사용하여 가동 온도에서 downhole Electronics를 유지하십시오.
  • 실시간 원격측정 압력, 온도, 진동 데이터를 표면으로 전달하는 고온 정격 센서를 사용하여 적응형 드릴링 매개 변수를 활성화합니다.
  • Hybrid 진흙 시스템는 열으로 미세화 및 나노 입자를 안정화시키는 데 사용할 수 있는 열으로 안정시키는 폴리머 및 나노 입자를 사용합니다.

이러한 개선은 아이슬란드 딥 드릴링 프로젝트와 일본 저쪽 브릿 프로젝트에서 현장 테스트에서 검증되었습니다. 450°C를 초과하는 온도에 도달했습니다.

Geothermal Wells를 위한 관리된 압력 훈련 (MPD)

관리 압력 드릴링 (MPD)는 형성 pore 압력과 골절 기온 사이 민감한 균형을 유지하기 위해 잘 보어에 압력 프로파일을 정확하게 제어하는 기술입니다. 지열 드릴링에서 MPD는 여러 가지 중요한 이점을 제공합니다.

  • Reduces는 순환을 잃었다] 골절을 열다 과압을 피함으로써.
  • Prevents blowouts] 가스 킥이나 인플루언스에 즉시 보상하여.
  • 부착 구멍 안정성 골절, underpressured, 또는 붓기 형성.
  • 더 깊은 드릴링을 고온으로, 기존의 방법으로 안전하지 않을 고압적인 영역으로 사용 가능

MPD 시스템은 잘장하고, 초크 매니폴드, 백압 펌프에서 회전 제어 장치 (RCD)를 사용하여 폐쇄 루프 순환 시스템을 유지합니다. 닫히는 회로 순환 방법 (CCCM) 변종은 필리핀과 캘리포니아의 지열 분야에서 성공적으로 배포되었습니다.

방향 드릴링 및 다방 Wells

이 기술은 수많은 골절을 방해하고 단일 웰패드에서 특정 공기통 영역의 특정 공기통을 대상으로하는 데 잘 보어주는 역할을 할 수 있습니다. 최근 스티어링 모터 시스템에서 사전 및 로터리 스티어링 도구는 정확도를 향상시키고 토크를 감소시키고 드래그를 시켰습니다. 다방 잘 - 여러 측면의 지루가 추가 표면 발자국없이 단일 주요 웰빙 보어에서 분기를 차지합니다. 이 기술은 캘리포니아 Lardello 생산 분야에서 Geysers 필드에 적용되었으며 이탈리아에서 생산하는 증기 기관을 강화했습니다.

Emerging Technologies 및 미래 지향

인크레멘트 개선을 넘어, 드릴링 기술의 새로운 세대는 연구되고 현장 테스트됩니다. 이러한 접근 방식은 근본적으로 Geothermal 열에 액세스하는 속도, 비용 및 환경 영향을 변경하는 것을 목표로합니다.

레이저와 플라스마 훈련

레이저 드릴링은 골짜기에 고성능 레이저 광선을, 녹고, 또는 바위를 증기를 공급하고, 플라스마 드릴링은 형성을 분쇄하기 위하여 전기 아크 또는 전자 유도한 플라스마를 채택합니다. 두 방법 모두 잠재적인 이익을 제안합니다:

  • 높은 침투율 하드 록에서 (최대 10 × 약간의 테스트에서 기계 비트보다 빠른).
  • 수축된 기계적 마모 때문에 물리적 절단 요소가 없습니다.
  • ]더 일관성있는 구멍 게이지[과 더 적은 구멍 손상.
  • Lower Environmental Impact 가스 기반 순환 시스템과 함께 사용할 때 드릴 절단 또는 진흙 처리 문제 없이.

도전은 남아있다 : 레이저 및 플라즈마 시스템은 대규모 전원 입력 (최대 10 MW의 실제 드릴링 속도), 광학 섬유 또는 케이블을 통해 에너지 하부를 전달하는 것은 어렵다. 에너지의 포지 사이트 부서의 연구 및 [[FLT : 0]]]EnergieDrift[[FLT :1]] 에너지 요구를 줄이기 위해 펄스 레이저 스패니테이션 및 전자 레인지 플라즈마 헤드를 탐구하고있다.

인공지능 및 데이터 드라이브 최적화

기계 학습 및 인공 지능은 예측 분석, 실시간 최적화 및 자동화 의사 결정을 통해 지열 훈련을 변환합니다.

  • Predictive Maintenance 모델은 비트 마모, 베어링 고장 또는 모터 캘리브레이션을 예측하는 역사적인 센서 데이터를 분석하여 실패 전의 사전 도구 교체를 가능하게 합니다.
  • Drilling ParameterOptimize는 진동을 최소화하면서 비트, 로터리 속도, 진흙 흐름 및 최대 침투의 압력에 동적으로 무게를 조정하는 보강 학습을 사용합니다.
  • Geosteering은 높은 생산성 골절을 향한 웰경을 안내하기 위해 지질 모델과 실시간 로깅 데이터를 통합합니다.
  • 자동 드릴링 시스템은 인간 개입 없이 일상적인 작업을 수행하고, 잘-to-well 가변성 및 노동 비용을 줄임.

Schlumberger와 ]Baker Hughes는 지열특성 디지털 플랫폼을 개발했지만, 작은 데이터셋과 적은 표준화 지질학으로 인해 오일과 가스 뒤에 지열 분야의 채택이 더 높습니다.

향상된 Geothermal Systems (EGS)에 대한 유압 Fracturing 및 자극

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U.S. Energy의 Geothermal Technologies Office]는 혁신적인 드릴링 및 자극 방법을 포함하는 여러 EGS 데모 프로젝트를 자금을 지원했습니다. 상업적 흐름율 달성을 위해 테스트되었습니다.

경제 및 환경적 영향

고급 드릴링 기술의 성공적인 배포는 극적으로 지열 프로젝트의 경제를 향상시킬 수 있습니다. 더 빠른 드릴링은 rig 시간을 감소, 이는 잘 당 저축에 수백만 달러를 차지할 수 있습니다. 더 나은 비트 수명과 더 적은 여행 (제거 및 드릴 문자열 교체) 더 많은 절단 비용. 관리 압력 드릴링 및 실시간 모니터링 손실 순환, 립 파이프, 또는 송풍기로 인한 비 생산 시간을 감소.

환경에, 이 기술은 다수 이익을 제안합니다:

  • 표면의 방해 를 통해 방향 드릴링 및 여러 측면의 잘 몇 가지를 필요로 하는 패드.
  • 낮은 물 사용 고급 드릴링 유체 및 폐쇄 루프 순환은 담수 소비량을 최소화하기 때문에.
  • 세리성의 위험](감지기)는 압력 관리와 타겟 자극을 통해
  • 소형 탄소 발자국는 더 효율적인 에너지 사용 및 폐기물 감소로 인해 드릴링 작업에서 발생한다.

국제에너지기구 분석]은 이러한 혁신을 통해 30%-50% 감소할 수 있는 경우, 지열 용량은 2050년까지 5배 증가할 수 있으며, 전 세계 비용 경쟁력 있는 청정 전력과 열을 제공합니다.

미래 전망과 협업 이니셔티브

지열 드릴링 산업은 석유 가스 통신사, 지열 개발자, 국가 실험실 및 기술 시작과 교차 배우 협력에 의해 구동되는 급속한 변화의 기간에 들어가고 있습니다. 중요한 이니셔티브는 다음을 포함합니다:

  • 유 및 가스 분리 공학 (GEODE)프로그램에서 지열에 대한 오일/가스 드릴링 혁신을 적용한 Geothermal Energy.
  • 지열 기술 사무실 (GTO) 드릴링 혁신 이니셔티브, 높은 잔류물, 고반 드릴링 연구 기금.
  • 아이슬란드 딥 드릴링 프로젝트(IDDP), 극한 깊이와 온도에서 초경량적인 지열 유체를 탐험.
  • 산업성] 지열 자원위원회와 국제 지열 협회와 같은, 이는 가장 좋은 관행을 훈련하는 지식 공유를 촉진.

레이저/플라스마 기술, 인공 지능 및 고온 전자의 융합은 지구의 엄청난 열 잠재력을 최대한 발휘하기 위해 노력합니다. 이러한 발전은 기존의 수열 자원의 확장뿐만 아니라 지구의 엄청난 열 잠재력을 거의 어디에서나 찢어지게하는 향상된 지열 시스템의 광범위한 배포를 가능하게합니다. 드릴링 비용 감소와 신뢰성 향상으로, 지열 에너지는 탄화 에너지 시스템의 기둥이 될 것입니다.