KR102244022B1 - 고효율 지열 웰 보어를 성형하는 방법 - Google Patents
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Abstract
웰 보어 합성 기술은 기열 장치에 사용되기에 적합한 것으로 설명된다. 개방 홀 드릴된 웰 보어는 드릴시에 웰 보어 지층 계면에 불투과성 층을 형성하도록 밀봉된다. 이러한 기술은 화학적, 열적, 기계적, 생물학적인 것이며, 불투과성에 관하여 지층을 비가역적으로 손상시키도록 완전히 의도된다. 투과성이 부정된 경우, 상기 웰 보어는 작동 유체에 대한 열전달을 최대화하기 위하여 웰 케이싱 없이 작동할 수 있는 표면 지열 웰에 폐루프 표면을 형성하는데 사용된다. 작업 및 드릴링 유체에 대한 제형이 설명된다.
Description
본 발명은 지열 웰 보어(well bore) 생성에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 작동 유체 포뮬레이션에 의해 개선된 열적 및 기계적 특성을 갖는 고효율 지열 웰 보어를 생성하기 위해 주어진 형성의 투과성을 변형시키는 방법에 관한 것이다.
지열 에너지 회수는 에너지를 포획하는 매력적인 방법이며, 재생성 측면을 고려하여 명백한 환경적 매력을 갖는다.
종래 기술은 투과성, 웰 형상, 작동 유체, 다자간 웰 구성 및 전력 생산에 관한 수많은 문제에 초점을 맞추고 있다. 이러한 문제를 개선하려는 시도의 예가 차례로 논의될 것이다.
초기에, 지층(formation) 손상과 관련하여, 바달리안 등에 의해 작성된 정밀 이동으로 인한 지열 리저버의 지층 손상에 관한 실험실 연구로서 2015 년 4 월 19-25 일, 호주 멜버른 세계 지열 총회에서:
"여기에서 우리는 지열 리저버의 지층 손상을 평가하는 새로운 방법을 제시한다. 천연 리저버 파인(fine)의 움직임, 이동 및 변형으로 인해 지층 손상이 발생한다는 것은 오래전부터 알려져 있다 ... 속도로 유발된 정밀 이동은 암석 투과율을 크게 감소시켜 초기 지층 손상을 초래한다. 낮은 이온 강도의 물 주입에 따라 점토 입자와 모래 표면 사이의 정전기 반발력이 증가하고 입자가 더 이동시켜서 지층 손상이 발생한다. 혼합층 일라이트/클로라이트 광물을 가진 이동된 파인은 구멍이 막힘으로 인한 암석 투과율 감소를 담당한다."
파인 이동은 유정과 가스정에서 지층 손상의 가장 널리 퍼진 물리적 메커니즘 중 하나이다. 최근 수많은 출판물에서 지열 분야의 파인 이동으로 인한 손상이 보고되었다. [중점 파악]
매트릭스 투과성 지열 웰 회의에서 지층 손상의 메커니즘에서 : 국제 지열 드릴링 및 완성 기술 회의, 미국 뉴저지 앨버 커키, 1981 년 1 월 21 일자,베르고쉬 등의 프레젠테이션의 초록을 보면,
"매트릭스 투과성 지열 형성은 드릴링 및 완료시 손상될 수 있다. 미립자 침윤의 결과로 발생할 수 있는 거의 보어 투과성 손상이 있으며, 성형 점토, 드릴링 진흙 여과 액 및 성형 염수 사이의 화학적 상호 작용이 조사되었다. 이스트 메사(East Mesa) 사암의 투과성에 대한 다양한 여과 화학 물질의 테스트는 낮은 염분 지층 염수의 흐름에 의해 투과성이 크게 손상되었음을 나타낸다. 이러한 손상은 점토 구조의 안정성을 변화시키는 양이온 교환 및 제거 공정에 기인한다. 유체 전단은 구멍을 막는 입자를 제거하여 비가역적으로 투과성을 감소시킨다. 지열 형성에 대한 진흙 수송 입자의 영향을 조사하는 시험 프로그램은 여전히 진행 중이다. 이론적 근거, 장치 및 시험 절차가 설명되어 있다. 이 테스트의 최종 결과는 컨퍼런스에서 발표될 것이다." [중점 파악]
명백하게, 이들 지열 환경에서의 투과성 손실은 웰 보어 및 수반되는 에너지 회수의 생성에 상당한 영향을 미친다.
2000 년 5 월 28 일 - 6 월 10 일, 일본 큐슈-도호쿠에 있는 세계 지열 총회 2000에서, 지열 클래스 리저버의 점토 이동 및 주사율 감소의 물리 화학적 측면에 대하여 차이스티아코프는 다음과 같이 기술하고 있다:
“투과성 손상 가능성은 수학 방정식과 실험실 테스트 결과를 자동으로 적용하지 않고 광범위한 사고와 학제 간 사고를 통해서만 평가할 수 있다. 우리는 점토 입자의 안정성과 다공성 매체에서의 수송에 대한 기본적인 물리 화학적 원리에 대한 이해가 리저버 전문가가 더 나은 기술을 개발하고 더 효과적인 기존 기법을 적용하여 지열 리저버의 현장 점토로 인한 지층 손상을 방지하는 데 도움이 될 것이라고 확신한다."
논문은 천공된 웰의 투과성에 대한 점토 손상을 확립한다.
배리오스 등은 2012 년 3 월 11 일부터 17 일까지 엘살바도르의 산타 테클라(Santa Tecla)에서 UNU-GTP 및 LaGeo에 의해 조직된 지열 개발 및 지열 웰에 관한 짧은 코스에서 지열 리저버의 산성 자극의 논문에서 프레젠테이션에서 저자는 다음을 나타내었다.
“주입 및 생산 웰이 막히게 되어 생산 능력과 주입성이 기존 가능성 아래로 줄어 든다. 이러한 장애물의 주요 원인은 다음과 같다.
리저버(reservoir)의 미세 파쇄부 내부로의 드릴링 유체(주로 벤토나이트 진흙)의 침입; 전체 손실 순환이 발생하는 동안 드릴링 과정에서 암석 조각 또는 절개부의 유입; 다량의 총 용존 고형물의 유입; 실리카 스케일링 가능성이 높은 재-주입수; 점토 이동에 의해 변위된 미세한 고체의 형성; 유지 보수 후 냉각 및 가열 공정으로 인한 재순환 파이프 라인으로부터 비정질 실리카 단편의 유입; 천공된 라이너 및/또는 생산 케이싱의 실리카 스케일; 동력 생성을 위한 지속적인 흐름을 보장하는 핵심은 가능한 모든 장애물의 원인을 제어하는 것이다. 지열 산업이 지난 50 년 동안 석유 산업의 유사한 기술과 관행을 사용해 왔다는 것은 잘 알려진 사실이다. 유정 및 가스정은 스케일링 문제 및 진흙 손상과 관련하여 유사성을 나타내므로, 지열 웰의 주입성 및 생산성을 향상시키기 위해 투과성 문제를 방지하기 위해 유사한 기술이 적용될 수 있다. 비용 효율적이고 널리 사용되는 솔루션은 고형물에 의해 생성된 스케일과 장애물을 용해시키기 위해 산을 적용하는 것이다."
유 등에 의해 2015 년 6 월 3-5 일 헝가리 부다페스트에서 개최된 SPE 유럽 지층 손상 회의 및 전시회 인 지열 웰의 지층 손상을 평가하기위한 새로운 실험실 방법에서 아래의 내용의 논문이 발표되었다.
“지열 리저버의 투과성 손상을 평가하고 생산성 저하를 예측하는 새로운 방법이 제시되었다. 개발된 실험실 방법론은 천연 리저버 파인의 유동화, 이동 및 변형으로 인한 투과성 감소를 결정하는 것을 목표로 한다. 코어를 따라 압력 강하 및 누적된 유출 물 입자 농도를 측정하여 일정하고 단계적으로 감소하는 이온 강도를 갖는 실험실 코어 플로트 테스트가 수행되었다. 다수의 기공 부피의 주입 후에 암석 투과성의 안정화가 발생하며, 이는 캐리어 물의 속도와 비교할 때 동원된 입자의 느린 드리프트를 보여준다. 낮은 이온 강도의 물은 점토 입자와 모래 입자 표면 사이의 정전기 반발력을 증가시켜 입자를 더욱 동원하여 지층 손상을 일으킨다. 카올리나이트(Kaolite) 및 일라이트(illite)/클로라이트(chlorite) 혼합층 점토 광물은 SEM-EDAX 분석에 의해 식별되며 주로 투과성 손상을 담당하는 광물이다. 온도가 증가하는 동안 부착된 입자 농도에 대한 물 점도 감소 및 정전기적 인력 약화의 경쟁 효과가 관찰되었다. 미립자 기계적 평형의 마이크로 모델링은 미립자 부착에 대한 물 점도 효과가 지배적임을 보여준다. 그 결과 고온에서 미세한 이탈이 감소하고 투과성이 감소한다."
드릴링 유체로 돌아가서, 웰 보어 고형화 문제, 투과, 특히 밀봉을 완화시키기 위해 포뮬레이션 면에서 많은 발전이 이루어졌다. 이들은 또한 지층 손상에 관한 상기 논의와 관련이 있다.
2000 년 5 월 9 일자로 발행된 미국 특허 제6,059,036호(차테르지 등)는 지하 영역을 밀봉하기 위한 방법 및 조성물을 제공한다. 일반적으로 내용은 다음과 같다.
"본 발명은 지하 영역을 밀봉하고 드릴링 유체, 교차 흐름 및/또는 지하 블로우 아웃의 손실을 종결시키기 위한 개선된 방법 및 조성물을 제공한다. 지하 구역을 밀봉하기 위한 본 발명의 방법은 기본적으로 본 발명의 점성 세트 지연 밀봉 조성물을 제조하는 단계, 밀봉 구역을 밀봉할 지하 구역에 배치하고 밀봉 조성물을 그 내부에서 단단한 밀봉 질량으로 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 밀봉 조성물은 기본적으로 알칼리 금속 실리케이트 수용액, 용액의 점도를 증가시키기 위한 겔 화제 및 알칼리 금속 실리케이트의 중합 또는 가교 결합하여 밀봉 조성물이 견고한 밀봉 질량으로 되게 하는 지연된 작용제로 구성된다.
상기 언급된 바와 같이, 저밀도 밀봉 조성물에 대한 요구가 있거나 또는 밀봉되어야 하는 큰 해면 지대가 발생하는 경우, 밀봉 조성물은 발포되어 통전되고 팽창된 밀봉 조성물을 형성할 수 있다. 비 발포 및 발포 조성물은 또한 구역의 충전 및 밀봉을 용이하게 하기 위해 연장 및/또는 가교제를 포함할 수 있다. "
상기 문헌은 유체 손실 방지 및 일반적인 웰 보어 밀봉을 위한 알칼리 금속 실리케이트 조성물의 효과를 입증하는데 유용하다.
2010 년 6 월 22 일 발행된 미국 특허 제7,740,068 호의 발라드가 발명한 사항은 실리케이트계 웰 보어 유체 및 비고형화 지층을 안정화시키는 방법을 개시하고 있다. 본문에는 다음과 같이 명시되어 있다.
"유리하게도, 본 발명의 구체예는 형성되지 않은 또는 약하게 고형화 된 영역을 안정화시키기 위해 사용될 수 있는 처리 유체 또는 환약을 제공할 수 있다. 고체 또는 미립자 실리케이트 침전제를 사용하면 실리케이트와 실리케이트 침전제 사이의 반응 또는 겔화 시간이 더 느려질 수 있다. 반응 시간이 느리면 겔 성분, 실리케이트 및 실리케이트 침전제가 겔화 전에 미 응고 형성에 보다 완전히 침투할 수 있다. 또한, 실리케이트 침전제를 미크론 또는 서브 미크론 규모의 고체 입자상 물질로서 제공함으로써, 실리케이트 침전제는 형성에 침투하는 데 방해를 덜 경험할 수 있다".
이 문헌은 실리케이트 화합물이 형성을 안정화시키는데 유용하다는 것을 입증하는데 유용하다.
퀸테로 등에 허여된 2014 년 9 월 2 일에 허여된 미국 특허 제8,822,386호는 나노 유체 및 드릴링 및 완성 유체를 위한 사용 방법을 제공한다.
이 문서는 드릴링 유체와 관련된 작업 바디에 추가하고 드릴링 중 이러한 유체의 유용성을 설명한다. 이 텍스트는 이와 관련하여 다음과 같은 더 자세한 내용을 제공한다.
"하나의 비제한적인 예에서, 나노 입자를 함유하는 드릴링 유체는 드릴링 동안 웰 보어, 특히 드릴링공에 슬러 프화되는 경향이 있는 영역을 포함할 수 있거나 접촉할 때 바람직하지 않게 팽창하는 점토를 가질 수 있는 드릴링 동안 발생하는 셰일 영역을 안정화시키는 데 유용할 것으로 예상된다 드릴링 유체의 일부로 물이 유입된다. 이러한 드릴링 유체는 WBM과 같은 수성 유체, OBM 또는 SBM과 같은 비 수성 유체 또는 이들의 조합, 즉 에멀젼일 수 있다. 계면 활성제는 유체 중에 나노 입자를 현탁 시키는데 효과적인 양으로 존재할 수 있다. 이러한 셰일 안정화 유체에 유용할 것으로 예상되는 나노 입자는 셰일과 연관된 기능을 함유하고 이를 원래 상태로 유지하거나 가능한 한 원래 상태에 가깝게 유지시켜 드릴링공 벽을 강화시키는 나노 입자이다. 표면 전하를 갖는 나노 입자는 탄소 나노 튜브와 같은 이러한 셰일 안정화를 도울 수 있다. 또한, 작은 크기의 나노 입자는 셰일 매트릭스에 대한 우수한 접근을 허용하여 셰일의 구조에 대한 손상을 최소화하기 위해 클레이의 외부 및 내부 표면 모두를 억제한다."
드릴링 유체에서 고 비율의 수성 알칼리 규산염의 사용은 2015 년 12 월 15 일 맥도날드에 허여된 미국 특허 제9,212,304호에 개시되어 있다. 그 개시 내용은 오일 및 석유 산업에 사용되는 이러한 조성물의 유용성에 대한 추가 증거를 제공한다. 이 문서는 다음과 같다.
"본 발명은 종래의 에너지원 및 비-전통적인 에너지원에 대한 웰의 천공에 있어서의 웰 보어 안정화 방법을 제공하는데, 여기에는 종래의 유정 및 가스정, 셰일 가스 및 "타르 샌드"가 포함되지만 이에 제한되지는 않는다. 이 방법은 무엇보다도 드릴링 유체를 제공한다; 수화 및 분산을 방지하기 위해 셰일과 반응하여 미세 균열을 봉합하고 셰일 박리를 방지하며 역청 축적을 방지하고 고갈 영역을 드릴링할 수 있다."
본 발명은 수성 고비 알칼리 규산염에서 발견되는 더 크고 더 복잡한 폴리 실리케이트 음이온을 사용한다. 이러한 높은 비율의 수성 실리케이트는 기존의 상업적으로 이용 가능한 실리케이트의 비율을 초과한다. 이러한 폴리 실리케이트 음이온은 표준 비율의 수성 실리케이트와 비교하여 더 빠른 침전 및 중합 반응을 촉진시킨다. 비율이 높을수록 염분이 낮은 실리케이트가 생성되어 보다 친환경적인 드릴링 유체를 만든다. 필요한 웰 보어 안정화를 달성하기 위해, 높은 비율의 수성 알칼리 규산염이 광범위한 농도로 드릴링 유체에 첨가될 수 있다. 드릴링 유체 중 가용성 실리카 수준은 드릴링 유체의 중량을 기준으로 0.25 % 내지 약 6 %의 범위 일 수 있다. 드릴링 유체의 pH는 pH 10 이상으로 유지하는 것이 바람직하다."
2005 년 1 월 31 일 -2 월 2 일 캘리포니아 주 스탠포드에 있는 스탠포드 대학교의 지열 리저버 공학에 관한 제 30 차 워크숍에서 실리케이트를 이용한 고온 플러그 형성에서 스테판 바우어 등이 만든 분서는 특정 손실을 일시적으로 막는 방법을 개시하고 있다. 석유, 가스 및 지열 산업에서 드릴링 작업 중에 일반적으로 발생하는 순환 구역. "이 연구는 물 차단 전략, 증기 침수 및 순환 손실을 위한 고온 그라우팅/플러깅에 사용하기 위한 플러그를 형성하기 위해 환경 친화적이고 비용-효율적인 방식으로 실리케이트의 고유한 겔화 특성을 이용하는 화학적 솔루션을 설명한다." 본 논문은 폐쇄 루프 지열 시스템을 형성하기 위해 웰 보어 및 다측 접합부를 밀봉하기 위한 실리케이트계 드릴링 유체의 포뮬레이션 및 적용을 고려하지 않는다.
PCT 출원 WO 03/106585에서 할리 버튼 에너지 서비스(Halliburton Energy Services)는 화학적 케이싱을 형성하는 방법을 기술한다. "웰 보어는 약 6 내지 약 10 범위의 pH를 갖고 물로 구성되는 드릴링 유체로 뚫고, 비 응고 점토, 셰일, 사암 등에 흡착된 양성자를 수용 및 공여할 수 있는 고분자 양이온 성 촉매, 열경화성 수지에 의해 가교될 수 있고 수지가 단단하고 거친 원인이 되는 수용성 또는 분 산성 중합체 폴리머와 가교 결합된 경화 및 수용성 또는 분 산성 열경화성 수지는 촉매에 의해 촉매 화 및 경화되며 약한 영역 또는 형성을 강화하여 슬러핑(sloughing)을 방지한다."
이 문헌은 폐루프 지열 시스템을 형성하기 위해 웰 보어 및 다측 접합부를 밀봉하기 위한 드릴링 유체의 형성 및 적용을 고려하지 않으며, 50 년 이상의 지열 시스템의 전형적인 수명주기에 걸쳐 시일의 유지를 고려하지도 않는다.
다자간 기술의 또 다른 예는 주변의 바위로부터 몇 개의 수평 웰을 분리하기 위한 기계적 다자간 웰 접합부를 교시하는 미국 특허 제9,512,705호의 할리버튼 에너지 서비스의 문서에서 볼 수 있다. 다수의 설치 단계를 필요로 하는 복잡하고 고가의 기계적 또는 시멘트 접합하는 것은 종래 기술에서 전형적인 것이다. 이러한 다중 설치 단계는 드릴 비트 및 바닥 구멍 어셈블리를 표면에 가져오거나 시멘트를 기다리는 것과 같은 정방향 드릴링 작업에서 중단이 필요하다.
종래 기술의 다자간 접합부의 또 다른 단점은 웰 보어의 내경의 감소이며, 이는 후속 다자간의 드릴링을 크게 복잡하게 하고, 더 큰 수직 웰 및 마더 보어 직경을 요구할 수 있다.
종래 기술의 일반적인 웰 구조 및 전력/전기 생성 측면에 관해, 2001 년 10 월 16 일 발행된 미국 특허 제6,301,894호의 할프의 문서는 폐루프 서브 표면 열교환기에 기초한 지열 플랜트를 교시하고 있다. 이 특허는 발전기 위치, 물 절약 및 순도 및 다중 루프의 효율성과 관련된 이점에 중점을 두고 있다. 본 발명은 케이싱을 사용하지 않고 폐루프 웰 보어를 효율적으로 생성하는 기술에 대해서는 침묵하고 있다.
2001 년 3 월 3 일자로 공개된 맥하규 발명자의 미국 특허 공개, 20110048005는 폐쇄 루프 지열 시스템을 교시하고 있다. "새로운 접근 방식은 두 개 이상의 개별 보어 홀의 교차로에 의해 만들어진 경로를 따라 연속 파이프를 시공하여 형성된 연속 지하 파이프 라인을 통해 지하 암층을 통해 유체 또는 가스(여기서는 생산 유체라고 함)를 순환시키는 것이다."
본 발명은 케이싱을 사용하지 않고 폐루프 웰 보어를 효율적으로 생성하기 위한 기술에 대해서는 침묵하고 있다.
PCT/US/2016/019612의 그린파이어 에너지사의 공보는 폐루프 시스템을 이용한 발전을 위한 고온, 저 투과성 지질 형성으로부터 지열 열 회수를 제공한다.
“폐루프 웰 시스템에서 유체를 사용하여 고온, 저 투과성 지층 근처에 위치한 지열 자원에서 열을 추출하여 전력을 생산하는 방법 또는 장치. 일부 실시예에서, 폐루프 시스템은 하나 이상의 열교환 영역을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 열교환 영역의 적어도 일부는 350 ℃이상의 온도를 갖는 지하 영역 내에 배치될 수 있다. 지하 영역은 플라스틱 영역 내에 있거나 플라스틱 영역의 1000 미터 내에 있을 수 있으며, 플라스틱 영역은 킬로미터 깊이 당 80 ℃이상의 온도 구배를 갖는다.
일부 구체예에 따르면, 본원에 기술된 지열 에너지를 생성하는 방법은 금속 파이프로 케이스되지 않은 웰의 일부를 포함할 수 있지만, 대신에 이러한 부분의 벽은 경화된 실런트로 밀봉된 지층 암석일 수 있고,이러한 부분에서 웰의 벽은 이러한 경화된 실런트의 경계에 의해 정의되며, 일부 실시예에서, 이러한 부분의 웰의 직경은 더 커지게 되는데, 그러한 웰의 금속 케이스 부분보다 더욱더 커지게 된다.
폐루프 열교환 시스템의 배치 후에, 유체는 폐루프 지열 열교환 시스템을 통해 순환되어 유체를 가열하고 가열된 유체와 에너지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 지하층으로부터 추출된 에너지는 열, 전기 또는 당업자에게 공지된 다른 사용 가능한 형태의 에너지로 변환될 수 있다.
온도 프로파일 및 열 보충 프로파일을 결정하는 것에 더하여, 본원의 실시예에 따른 방법은 온도 프로파일 및 열 보충 프로파일에 기초하여 지열 에너지를 생성하기 위한 형성 물의 장기 생존 가능성을 추가로 추정할 수 있다. 이러한 분석은 시간에 따른 시스템의 에너지 추출 및 에너지 변환 효율에서의 변화를 추정하기 위해 온도, 열 유속, 시간에 따른 웰에 가까운 지층의 소성 변형 및 기타 요인과 같은 변수를 고려하여 시간의 함수뿐만 아니라 웰의 성능을 시뮬레이션 함으로써 수행될 수 있다. 이러한 분석은 또한 주어진 형성의 다양한 부분을 비교하여 열교환 루프의 폐기를 위한 하나 이상의 적합한 위치를 결정하기 위해 수행될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 실시예는 자연 발생 또는 자극을 통한 파열 또는 다공성이 부족한, 고온 불침투성 지질 형성으로부터 열을 추출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 효과적인 열전달 및 전력 생산을 위해서는 종래의 교시 및 어느 정도의 투과성을 나타내는 컨센서스와 반대로, 대류가 필요하다. 본 발명자들은 뜨거운 불-침투성 암석은 지열 에너지를 추출하여 전기를 생산하기 위한 효율적이고 지속 가능한 예시적인 자원을 제공할 수 있음을 발견하였다.
폐루프 지열 열교환 시스템은 결정된 온도 프로파일 및 결정된 지열 형성의 열 보충 프로파일에 기초하여 지층 내에 배치될 수 있다. 폐루프 지열 열교환 시스템의 배치는 드릴링, 케이싱, 천공, 시멘트화, 파단으로 비정형 웰 벽 확장, 비정형 웰 벽 및 드릴링 공정과 관련된 다른 단계 및 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같은 웰 루프의 배치를 포함할 수 있다. 장착하는 단계는 일부 실시예에서 폐쇄 루프 웰 시스템의 열 교환 구역을 성형 구역의 소성 구역 또는 취성 연성 전이 구역 내에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 장착하는 단계는 폐루프 웰 시스템의 열 교환 구역을 형성의 취성 구역 내에 배치하는 것뿐만 아니라 열 교환 구역에 근접한 취성 구역을 자극하는 것을 포함하거나 추가로 포함할 수 있다."
전술한 바와 같이, "폐쇄 루프 지열 열교환 시스템의 배치는 드릴링, 케이싱, 천공, 시멘트화, 파단부가 있는 케이싱되지 않은 웰 벽을 신장하는 것, 케이싱되지 않은 웰 벽을 밀봉하는 것 및 드릴링 공정과 관련된 다른 단계를 포함할 수 있다"고 언급되어 있다.
방법, 순서, 화학 또는 기술에 관한 교시는 케이싱없이 개방 홀 웰 보어의 길이를 밀봉하고, 시간이 지남에 따라 밀봉을 유지하고, 웰 보어 무결성을 유지하는 것과 관련하여 개시되지 않았다.
1978 년 10 월에 발행되고 모르텐센이 작성한 뜨겁고 건조한 암석 : 새로운 지열 에너지원, 에너지, 제 3 권우 369-644 페이지는 다음 내용을 개시한다:
“Los Alamos Scientific Laboratory가 수행하는 프로젝트는 건조하고 건조한 암석 지열 자원에서 에너지를 추출할 수 있는 기술적 및 경제적 타당성을 입증하려고 한다. 테스트중인 시스템은 뜨겁고 불 침투성 암석에 뚫린 두 개의 깊은 드릴링공으로 구성되며 유압으로 생성된 파단으로 연결된다. 1977 년 9 월, 순환 루프가 처음으로 닫히고 물이 다운 홀 리저버와 한 쌍의 10MW(열) 열교환기를 통해 순환되었다. 에너지 추출 시스템의 열적, 화학적 및 기계적 특성을 평가하기 위해 1978 년에 일련의 장기 실험이 계획되어 있다."
지열 에너지 수확의 착취를 바탕으로, 2019 년 4 월 16 일 발행된 미국 특허 제 10,260,778 호의 손주 등의 문서는 다음과 같은 청구범위를 설명한다 :
“다공성이 낮은 기공율을 가진 열풍 건식 암석으로부터 열 에너지를 추출하기위한 지열 에너지 플랜트를 설정하는 방법으로서, 조합된 공급 및 복귀 홀(22)이 제 1 소정 깊이로 천공되고, 이어서 홀이 제 2 소정 깊이로 천공되어 상기 조합된 공급 및 복귀 홀의 하부(22 ')를 형성하고, 상기 제 2 미리 결정된 깊이에서 제 1 매니폴드 구역(8)이 정의되고, 상기 조합된 공급 및 리턴 홀의 하부(22')는 직경이 동일하거나 작은 홀(1')로써 최대 깊이까지 드릴링하여 연장되고, 제 2 매니폴드 구역(9)이 정의되고, 이에 의해 하나 이상의 생산 구멍(들)(P)이 천공되어 제 1 매니폴드 구역(8) 및 제 2 매니폴드 구역(9) 사이에 폐루프를 형성하되, 이들 구역에서 작동 유체가 순환하게 되며, 파이프(5)는 결합 된 공급 및 복귀 홀(22, 22 ') 및 시일(66)에 위치되며, 결합 된 공급 및 리턴 홀(22 ')의 하부와 파이프(5) 사이의 환형 공간(20)을 밀봉하는 상기 제 1 및 제 2 매니폴드 구역(8, 9) 사이에 밀봉부(66)가 설치되는 방법."
종래 기술에 비추어, 웰 보어 밀봉 및 유지, 폐쇄 회로/루프 구조 및 특히 투과성과 같은 암석 타입에 한정되지는 않는 지열 적용을 위한 다자간 효율 측면에서 적합하게 될 수 있는 지질 형성으로부터 열을 추출하는 방법에 대한 요구가 남아있다.
본 발명의 하나의 목적은 일반적으로 그리고 지열 에너지 회수의 영역에서 웰 보어 형성 기술에 대한 상당한 개선을 제공하는 것이다.
일 구현예의 또 다른 목적은, 지열 열 회수에 적합한 형태로 웰 보어를 드릴링하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은:
열 메커니즘, 기계적 메커니즘, 화학적 메커니즘 및 생물학적 메커니즘 중 하나 이상을 사용하여 상기 웰 보어를 드릴링하는 동안 상기 웰 보어에 돌이킬 수 없는 지층 손상을 유도하는 단계; 및
상기 웰 보어와 상기 유체 사이에 실질적으로 불-투과성인 계면을 형성하는 단계를 포함한다.
지층 손상 기술의 사용하는 것은 웰 보어 형성 기술 및 특히 다공성을 통한 유체 이동, 균열 등에 의존하는 지열 기술에 반-직관적(counter-intuitive)이다. 본 기술은 유체 이동을 촉진하는 지층 내에서의 틈, 균열 및 다른 영역을 밀봉하기 위한 메커니즘을 제 1 단계로서 갖는다.
상기 방법론은 지층의 주변 암석으로부터 전도성 열전달 만이 열을 전달된 열을 회수하도록 설계된 작동 유체로 전달하는 지점까지 웰 벽의 투과성을 감소시키기 위해 파괴 기술을 사용한다.
이러한 기술로부터의 즉각적인 이점은, 케이싱 및 접합부의 사용이 감소되거나 완전히 부족하다는 점에서 진화한다. 이 특징은 드릴링 과정에서 막대한 비용 절감 효과를 가져오며, 후자는 지열 착취와 관련된 비용의 대부분을 차지한다.
본 발명의 일 실시예의 다른 목적과 관련하여, 지열 회수에 적합한 구성으로 입구 웰 및 출구 웰을 갖는 웰을 형성하는 방법이 제공되되, 상기 방법은,
웰 보어와 유체에 실질적으로 불투과성인 지층 사이의 계면을 형성하는 화학 메커니즘을 사용하여 웰 보어를 천공하는 동안, 입구 웰과 출구 웰 사이로 연장되는 웰 보어에 대한 비가역적인 지층 손상을 유도하는 단계;
계면의 밀봉 용량 및 기계적 무결성을 증가시키기 위해 계면과 함께 침전물 형성을 유도할 수 있는 웰 보어 내에서 화학 조성물을 순환시키는 단계; 및
상기 웰 내에서 작동 유체의 순환 동안 불-투과성을 유지하기 위한 계면 유지 첨가제를 함유하는 밀봉된 웰 보어 내에서 작동 유체를 순환시키는 단계;를 포함한다.
화학적 화합물의 혁신적인 선택 및 처리 시퀀싱을 통해, 웰 보어와 주변 지층 사이의 불-투과성 계면이 합성된다. 그 결과, 실제 표면으로 표면 폐쇄 루프 회로에 통합될 때 프랙킹(fracking) 기반 지열 작업과 회로 전체에 걸쳐 케이싱에 의존하는 작업에 대한 탁월한 대안을 제공하는 일렬의 자체 치유 웰 보어가 생성된다.
인터페이스의 합성을 수행하기 위해 다수의 화학 조성물이 사용될 수 있음이 통상의 기술자에게 이해될 것이다. 이를 위해, 드릴링 유체에서 웰 보어를 둘러싸는 암석으로 침전되는 화합물이 사용될 수 있다. 제 2 처리를 위해, 제 1 처리 후에 남아있는 임의의 침전되지 않은 조성물과 반응하는 임의의 적합한 화합물이 사용될 수 있다. 마지막으로, 루프를 통한 순환을 위한 작동 유체는 계면에서 시간이 지남에 따라 발생하는 균열, 균열, 이상 등과 더 반응하도록 선택될 수 있다.
작동 유체는 지열 시스템의 열역학적 성능을 최적화하고 웰 보어의 기계적 무결성을 증대시키기 위해 선택된다. 웰 보어의 추가 처리 작업은 드릴링 작업 후 이를 달성하기 위해 사용될 수 있다.
본원의 기술을 사용하여 형성된 웰은 기존 기술에 요구되는 다수의 단계와 대조적으로 하나의 작동으로 폐루프 지열 목적에 적합하게 될 수 있다. 분명히 단위 작업 수가 줄어듦에 따라 경제적 이점이 수반된다. 이것은 현재 사용되는 방법보다 훨씬 높은 인스턴트 기술의 주요 특징이다.
작업 관점에서, 드릴링 프로세스 동안 불규칙하거나 변화하는 조건은 그들이 진행됨에 따라 신속하게 처리될 수 있다. 이것은 기술의 또다른 중요한 특징, 즉 적응성과 유연성이다. 상기 방법론은 종래 기술과 간섭하는 지층에서 웰을 형성하기 위한 파괴 기술을 전제로 하기 때문에, 이 기술은 투과성 또는 지질학에 상관없이 폐루프 지열 시스템으로서 적합한 최악의 시나리오를 시작한다.
대안으로서, 본 발명의 일 실시예의 또 다른 목적은 에너지 회수를 위한 지열 형성 내에 웰을 형성하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은:
개방 홀 웰 보어를 지열 지층으로 드릴링하는 단계;
반응을 위해 반응성 화학 조성물을 웰 보어에 도입하여 웰 보어와 지층 사이의 유체 불-투과성 계면을 형성하는 단계로서, 상기 계면은 미-반응된 반응성 화학 조성물을 포함하는, 반응성 화학 조성물을 웰 보어에 도입하는 단계; 및
계면의 추가 형성을 위해 미반응된 반응성 화학 조성물과 반응할 수 있는 작동 유체를 웰 보어 내로 도입하는 단계;를 포함한다.
반응하지 않은 반응성 조성물이 효과적으로 예비되어 있기 때문에, 웰 보어는 계면에서 임의의 밀봉 문제가 있는 경우 자체 치유될 수 있다. 따라서, 작동 유체는 최대 작동 효율을 위해 지층으로부터 열 에너지를 추출할 뿐만 아니라 낮은 유지 보수와 결합된 밀봉 무결성을 추가로 보장한다.
본 명세서에 제시된 명백한 환경적으로 책임 있는 방법에 더하여, 본 발명의 일 실시예의 다른 목적은 지면 형성 내에서 파쇄 기술에 의해 생성된 파단 섹션을 포함하는 웰 보어를 개선하는 방법을 제공하되, 상기 방법은:
상기 섹션에서 침전된 불-침투 계면을 형성할 수 있는 제 1 화학 조성물로 웰 보어 및 파쇄 된 구역 공극 공간을 처리하는 단계; 및
계면을 추가로 밀봉하기위한 임의의 미반응 제 1 화학 조성물의 침전을 위해 계면을 제 2 화학 조성물로 처리하는 단계;를 포함한다.
본 명세서의 밀봉 기술은 프랙킹에 기초한 기존의 지열 작업의 변환뿐만 아니라 개선을 가능하게 한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예의 다른 목적은 파쇄부, 비고형화 암석 및 모래, 유입 웰 및 유출 웰 중 적어도 하나를 갖는 개방 지열 시스템을 폐쇄 루프 지열 웰에 대하여 유체 연통되도록 전환시키는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은;
상기 유입 웰과 상기 유출 웰의 사이에서 그리고 상기 파손부, 비고형화 암석 및 모래 중 적어도 하나에서 석출된 불-투과성 계면을 형성할 수 있는 제 1 화학 조성물을 도입하여, 폐쇄 밀봉된 루프가 상기 파손부, 비고형화된 암석, 모래, 유입 웰, 유출 웰 중 하나 이상과 그 사이의 영역으로 형성되는, 제 1 화학 조성물을 도입하는 단계; 및
상기 계면을 추가로 밀봉하기위한 임의의 미반응 제 1 화학 조성물의 침전을 위해 상기 계면을 제 2 화학 조성물로 처리하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 일반적으로 그리고 지열 에너지 회수의 영역에서 웰 보어 형성 기술에 대한 상당한 개선이 제공된다.
도 1은 다양한 유체 포뮬레이션에 대한 시간의 제곱근의 함수로서의 여과액 부피의 그래프이다.
도 2는 실시예 1에 기술된 화학적 밀봉 코어 유체 테스트를 위한 시간의 함수로서 차압 및 투과성 데이터의 그래프 표현이다.
도 3은 입구 웰과 출구 웰 사이의 측면에서 케이싱없이 밀봉된 웰의 개략적인 단면도이다.
도 4는 측면부에서의 케이싱 스트링 세그먼트 및 그와의 실런트와의 관계를 도시한 도 3과 유사한 도면이다.
도 5는 균열을 갖는 무시할 만한 투과성 형성에서 밀봉된 웰 보어 배열을 도시한 도 4과 유사한 도면이다.
도 6은 측면 상호 연결 웰 세그먼트의 다측 배열을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에서 참조된 밀봉된 다측 웰 보어 섹션의 확대된 개략도이다.
도 8은 대안적인 지열 웰 구성의 개략도이다.
도 9는 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 12는 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은도 12의 평면도이다.
도 14는 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 15는 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16은 반응되지 않은 실런트의 비축을 나타내는 고 투과성 형성 내에서 천공된 웰 보어의 단면도이다.
도 17은 작동 유체와의 순환 접촉에 따른 웰 보어 계면의 변형을 도시 한 도 16과 유사한 도면이다.
도 18은 낮은 투과성 형성 및 주변 형성과의 계면에서의 천공된 웰 보어의 개략적인 단면도이다.
도 19는 지열 웰 보어 방법의 전력 사이클 구현을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 20은도 19의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 22는 지열 작동 유체에 의해 직접 구동되는 터빈 및 발전기를 포함하는 통합 지열 회로의 개략도이다.
도 23은 도 22의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 24는 상이한 작동 유체에 대한 거리에 걸친 온도 데이터의 그래픽도이다.
도 25는 W 형상 또는 데이지 체인 지열 웰 구성의 개략도이다.
도 25a는 도 25의 상호 연결 웰 지층의 확대도이다.
도 26은 도 25의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 27은 도 25의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 28은 도 25의 다른 실시예의 개략도이다.
도면에서 사용된 유사한 숫자는 유사한 요소를 나타낸다.
도 2는 실시예 1에 기술된 화학적 밀봉 코어 유체 테스트를 위한 시간의 함수로서 차압 및 투과성 데이터의 그래프 표현이다.
도 3은 입구 웰과 출구 웰 사이의 측면에서 케이싱없이 밀봉된 웰의 개략적인 단면도이다.
도 4는 측면부에서의 케이싱 스트링 세그먼트 및 그와의 실런트와의 관계를 도시한 도 3과 유사한 도면이다.
도 5는 균열을 갖는 무시할 만한 투과성 형성에서 밀봉된 웰 보어 배열을 도시한 도 4과 유사한 도면이다.
도 6은 측면 상호 연결 웰 세그먼트의 다측 배열을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에서 참조된 밀봉된 다측 웰 보어 섹션의 확대된 개략도이다.
도 8은 대안적인 지열 웰 구성의 개략도이다.
도 9는 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 12는 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은도 12의 평면도이다.
도 14는 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 15는 지열 웰 구성의 다른 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16은 반응되지 않은 실런트의 비축을 나타내는 고 투과성 형성 내에서 천공된 웰 보어의 단면도이다.
도 17은 작동 유체와의 순환 접촉에 따른 웰 보어 계면의 변형을 도시 한 도 16과 유사한 도면이다.
도 18은 낮은 투과성 형성 및 주변 형성과의 계면에서의 천공된 웰 보어의 개략적인 단면도이다.
도 19는 지열 웰 보어 방법의 전력 사이클 구현을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 20은도 19의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 22는 지열 작동 유체에 의해 직접 구동되는 터빈 및 발전기를 포함하는 통합 지열 회로의 개략도이다.
도 23은 도 22의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 24는 상이한 작동 유체에 대한 거리에 걸친 온도 데이터의 그래픽도이다.
도 25는 W 형상 또는 데이지 체인 지열 웰 구성의 개략도이다.
도 25a는 도 25의 상호 연결 웰 지층의 확대도이다.
도 26은 도 25의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 27은 도 25의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 28은 도 25의 다른 실시예의 개략도이다.
도면에서 사용된 유사한 숫자는 유사한 요소를 나타낸다.
이 기술은 지열 기술 및 지열 사이트의 개선에 적용할 수 있다.
본 명세서의 기술은 폐루프 지열 웰 보어에 대한 예를 갖는 웰 보어 지층 및 설계에 관한 것이다. 그 설계 예시는,
i). 드릴링 동안 웰 보어를 밀봉하는 단계;
ii). 드릴링 후 화학적 처리로 밀봉부를 보강하는 단계; 및
iii) 드릴링 후. 드릴링 유체를 순환 작동 유체로 대체하되, 상기 순환 작동 유체는 잔류 또는 생성된 투과성을 자체 치유하여 밀봉을 보강하고 유지하여, 웰 보어를 무결성을 유지하는, 드릴링 유체를 순환 작동 유체로 대체하는 단계;를 포함한다.
접근법의 유연성은 이들 특정 구성이 지층의 특정 지질학에 따라 개별적으로 사용될 수 있게 하지만, 폐루프 지열 시스템을 생성 및 유지하기 위해 통합되어 협력할 때 가장 효과적이다.
웰 보어는 입구/출구를 갖는 단일 U- 튜브, 입구 및 출구 웰이 동일한 표면에 위치하는 U- 튜브, 수직, 편향, 또는 수평일 수 있으며 L자 형상과 같이 "데이지 체인 연결되는" 이러한 다수의 웰 보어를 포함하는 "튜브-튜브 내"와 같은 임의의 수의 구성일 수 있다. 이러한 예는 제한적인 것으로 의도되지 않았으며, 다른 적합한 배열도 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다.
상기 언급된 실시예는, 다변 웰 보어를 형성하는데 사용될 때 특히 효과적이며, 여기서 복수의 측면은 수직 웰에 연결되고, 전형적으로 수직 케이스 형 입구 웰과 수직 케이스형 출구 웰를 연결하는 다중 수평 측면을 갖는 U- 튜브 구성으로 된다. 다자간 구성에서 사용될 때, 몇 가지 장점이 해당 기술 분야에서 인식되지 않는다는 것이 실현된다. 여기에는 다음이 포함된다.
i) 측면은 케이싱 설치와 관련된 비용과 시간을 피하면서 구멍을 뚫어 완성될 수 있다.
ii) "개방형 홀"접합부는 단일 단계로 드릴링하는 동안 생성 및 밀봉될 수 있다. 이러한 구조는 복잡한 기계적 접합, 시멘트 배치, 드릴 아웃 플러그 또는 금속 섹션, 표면으로의 다중 트립, 복잡한 다운 홀 프로세스 및 전방 드릴링 지연으로 인한 복잡함 및 비용을 방지한다.
iii) 무제한의 측면을 드릴링 할 수 있는 내경의 재료 감소가 없다;
iv) 스틸 라이너와 암석 사이의 절연 시멘트 층 또는 정체된 환형부에 의해 생성된 열전도도 감소가 없다;
v) 다른 측면 웰 보어와 교차하고 폐쇄된 U- 튜브 웰 보어 구성을 생성하기 위해 자기 레인징 장비로 다자간 재 입력이 가능하다.
드릴링 동안 밀봉 구성과 관련하여, 이는 비가역적인 지층 손상을 야기하고 투과성을 0 또는 무시할 만한 수준으로 감소시키는 드릴링 유체 자체 내에 첨가제를 포함함으로써 달성될 수 있다.
첨가제는 미생물 보강 오일 회수에 사용된 기술, 불-침투성 필터 케이크를 생성하는 물리적 미립자, 또는 시간 설정 또는 열적 설정 수지, 에폭시, 겔, 및 중합체와 같은 지질 지층에 접촉하여 침투할 때 반응하는 화학 실런트와 같은 생물학적 성장 촉진제일 수 있다.
드릴링 동안 웰 보어를 밀봉하는 다른 방법은, 예를 들어 고온 플라즈마 또는 레이저-기반 드릴링 비트를 사용함으로써 웰 보어 벽을 녹이는 극도로 높은 온도로 암석의 표면을 열적으로 밀봉하는 것이다.
바람직한 방법은 화학 실런트, 예를 들어 pH가 10.5를 초과하는 알칼리 규산염계 드릴링 유체를 사용하여 웰 보어 내에 액체를 유지하지만, 암석과 접촉하여 침투할 때 고체로 침전된다. 드릴링 유체의 기술적 기능은 단단한 셰일이나 실 스톤과 같은 불-침투성 암석에 비해 투과성 암석(예 : 사암 또는 부서진 기대)과 다르다. 투과성 포매이션에서, 액체 알칼리-규산염계 드릴링 유체는 반응하여 고체로 세팅되기 전에 이용 가능한 유동 경로를 관통한다. 생성된 고형 침전물은 함침 공간과 암석 자체 내의 자연 파손부에 함침되고 융합되며, 웰 보어와 지질 지층 사이에 유체 불 침투성 장벽을 생성한다.
대조적으로, 셰일과 같이 거의 제로의 투과성을 갖는 암석에서, 드릴링 유체의 기능은 암석이 이미 가지고 있지 않은 투과성을 밀봉하지 않아야 한다. 대신에, 드릴링 유체의 기능은 암석과 웰 보어 사이에 기계적, 화학적 장벽을 제공하고 자연적인 균열, 틈 또는 쪼개지는 평면을 채우는 것이다. 최종 결과는 웰 보어와 지질 형성 사이에 유체 불 침투성 장벽을 생성하기 위해 동일하다.
실런트는 또한 비응집된 모래를 보강하고, 암석의 압축 강도를 증가시키며, 모래 생산 및 슬러핑을 방지하는데 사용될 수 있다.
알려진 바와 같이, 가용성 실리케이트는 3 가지 성분, 즉 실리카, 알칼리 및 물을 함유한다. 실리카(이산화규소, SiO2)는 가용성 실리케이트의 주성분이며 알칼리에 의해 안정화된다. 알칼리는 나트륨, 칼륨 또는 리튬 산화물(Na2O, K2O 또는 Li2O)로부터 선택될 수 있으며 실리카의 용해도를 유지하는 역할을 한다.
적합한 실리케이트는 칼륨, 나트륨 및 나트륨 알루미나 실리케이트를 포함한다. 이 제품들은 액체 및 분말 형태로 제공된다. 실리케이트는 이 기술에서 사용하기에 바람직한데, 이는 실리케이트의 함수, 비정질, 겔 구조를 형성하기 위해 가용성 실리케이트 구조의 자체 중합 또는 축합인 겔화(pH 감소)와 같은 상이한 유형의 화학 반응을 겪을 수 있기 때문이다. 10.5 미만의 pH에서 중합이 빠르게 시작되면서 pH 저하에 의해 겔화가 일어난다.
실리케이트가 겪을 수 있는 또 다른 유형의 반응은 칼슘과 같은 양이온으로의 침전이다. 실리케이트의 침전은 다가 양이온(즉, Ca + 2, Mg + 2, Al + 3, Fe + 3 등)에 의한 실리케이트 분자의 가교 결합이다. 이 양이온은 지층 물(formation water)에 존재하며, 지층 유체 상호 작용에 대한 드릴링 유체는 이므로 기공 공간 내에서 고형 침전된다.
실리케이트가 겪는 다른 유형의 반응은 탈수 현상이다. 액체 실리케이트로부터 물이 제거됨에 따라, 실리케이트는 점진적으로 점점 더 점성이 되고 결국 유리질 필름이 된다. 이것은 드릴링 유체의 여과 액이 암석 매트릭스 내의 유체와 혼합될 때 근처 웰 보어에서 발생하는 반응이다.
실리케이트는 주위 조건 및 매우 높은 온도에서 안정한 실런트이기 때문에 이 지열 적용에 특히 매력적이다. 예를 들어, 알칼리 규산염 및 모래는 주조 및 액체 금속 주조 산업에서 650℃ 이상의 온도에서 사용되며, 이 기본 화학 반응은 주변 온도에서 콘크리트 구조물을 밀봉하는 데에도 사용된다.
알칼리-실리케이트 드릴링 유체는 웰 보어를 화학적으로 밀봉하기 위하여 웰 보어 유체 침윤 및 스퍼트의 손실을 최대화하여 고체가 없고 점도가 낮도록 포뮬레이션화 된다. 다자간 수평 웰 세그먼트의 경우 마찰이 중요한 사항이므로 실리케이트 염수와 호환되고 실런트 특성을 실질적으로 방해하지 않는 윤활제가 첨가된다.
활성 알칼리-실리케이트의 농도는 물에서 0.3 % 내지 10 % 일 수 있지만 3 % 내지 6 질량 % 일 수 있다. 최적 농도는 현장 소금물 조성 및 온도와 같은 지질학적 특성에 따라 다르다. 암석 온도가 높으면 침전 반응이 지연될 수 있다. 마찬가지로, 현장 소금물이 낮은 농도의 다가 양이온, 예를 들어 1000 mg/L 미만인 지층은 느린 반응을 일으킨다. 따라서 암석 온도가 상승하고 다가 양이온 농도가 감소함에 따라 알칼리 규산염의 농도를 증가시켜야 한다.
실리케이트 염수의 부수적인 이점은 강화된 침투 속도(ROP) 및 증가된 비트 수명을 포함한다.
결합된 암석/실런트 재료의 물리적 특성은 암석으로부터 대부분 유도되지만 실런트의 특성을 신중하게 선택함으로써 수정될 수 있다. 열 전도성 첨가제는 그래핀 나노 입자와 같은 드릴링 유체와 함께 포함될 수 있어서, 생성된 실런트는 높은 열 전도성을 갖는다.
폐루프 지열 시스템의 에너지 출력은 유체 온도와 원거리 암석 온도 사이에서 다중 열 저항을 갖는 이산화된(discretized) 웰 보어로 구성된 열역학적 웰 보어 모델을 사용하여 결정될 수 있다. 각각의 이산화된 세그먼트는 에너지 및 질량 균형을 수행하게 하며, 유체 특성 및 계산은 상태 열역학 패키지 방정식으로 처리된다. 열전달 저항은 웰 자체 내에서 암석, 시멘트, 강철 케이싱 및 대류 열전달 저항을 포함한다.
정량적 예로서, 3W/mK의 열전도도를 갖는 지질 구조와 접촉하는 7 인치의 케이스 및 시공된 웰을 사용하여, 암석, 시멘트, 케이싱 및 파이프 유동 대류에 대하여 5 년 동안 작동한 후의 열 저항은 각각 2.2E-02, 2.1E-03, 2.9E-05 및 5.0E-5이다. 열 전달은 암석을 통한 방사상 전도에 의해 좌우되며 다른 모든 열 저항은 비교할 수 없다. 본원에 기재된 화학적 실런트를 사용하면, 케이싱 또는 시멘트로부터 열 전달에 대한 저항이 없으므로, 열 효율은 종래 기술의 방법보다 대략 9 % 더 높다. 벌크 암석/실런트 재료의 열 전도성을 향상시킴으로써, 열 전달이 추가로 증가될 수 있다.
알칼리 규산염 실런트는 알칼리 규산염 침전물 내에 화학적으로 매립/결합되도록 포뮬레이션화된 고체 미립자를 혼입함으로써 시일 성능 및 기계적 완전성을 향상시킴으로써 추가로 향상될 수 있다. 박리된 비산회(exfoilted fly ash), 표면 활성화된 그래핀 및 그래핀 옥사이드, 탄소 섬유 등과 같은 강화 재료가 드릴링 유체에 포함될 수 있다. 이들은 나노-분산 또는 미세-분산 상태일 수 있고 침전된 실리카와 화학적으로 결합될 수 있다.
드릴링 동안 초기 밀봉이 이루어진 후, 밀봉부의 무결성이 테스트된다. 일반적으로 이는 웰 보어 시스템에 압력을 가하고 산업에서 일반적으로 사용되는 경우 감압 속도를 모니터링하여 수행된다. 또 다른 방법은 순환 작업 중 누출률을 장기간 측정하는 것이다. 이 경우 드릴링 유체를 제거하고 에너지를 표면으로 전달하는 것이 주된 목적인 작동 유체로 교체되며 누출 율은 정기 작업 중에 측정된다.
드릴링 후에 밀봉이 실질적으로 완료될 것이지만, 드릴링 동안 충분히 밀봉되지 않은 파쇄 구역 또는 고투과성 채널과 같이 약간의 투과성이 작은 일부 영역이 남아있을 수 있다. 따라서, 밀봉부는 일반적인 작동을 시작하거나 복귀하기 전에 화학적 플러시 또는 처리를 사용하여 보강될 수 있다.
전술한 바와 같이 알칼리-실리케이트 드릴링 유체를 사용하는 경우, 드릴링 유체는 현장 지층 유체와 반응하여 겔화되고 결과적으로 경질의 고강도 고형물로 고화된다. 이들 반응은 실리케이트 드릴링 유체와 지층 유체 사이의 혼합 계면에서 발생한다. 높은 투과성 채널 또는 파단부에서, 드릴링 유체는 지층을 통해 빠르게 이동하여 지층 유체가 웰 보어로부터 멀어지고 혼합 계면이 실질적으로 암석으로 밀려나거나 지층 소금물이 매우 신선하여 실리케이트가 겔화되게 하지만 완전히 침전되게 하지는 않는다.
이들 시나리오에서, 부분적인 또는 실질적인 밀봉은 암석 내에서 깊게 달성되지만, 근처-웰 보어 영역은 "방치되지 않은" 또는 미-반응된 액체 알칼리 규산염 드릴링 유체를 함유하고 더 이상 반응할 염수가 형성되지 않는다. 따라서, 화학적 플러시의 목적은 웰 보어로부터 근처-웰 보어 지층부로 누출을 유발하고, 드릴링 공정에서 남아있는 사용되지 않은 액체 알칼리-실리케이트와 접촉하고 침전 반응을 개시하기에 충분한 압력으로 웰 보어 시스템을 통해 화학적 처리를 펌핑하는 것이다. 적합한 화학 물질은 업계에서 공지된 것들 중에서 염화칼슘 염수, 산, CO2, 계면 활성제, 에스테르이다.
밀봉부를 보강하기 위한 다른 실시 양태에서, 화학 처리는 웰 보어로부터 근처-웰 보어 지층으로 누출을 야기하기에 충분한 압력으로 웰 보어 시스템을 통해 펌핑될 수 있으며, 여기서 화학적 처리는 "플러그" 또는 알칼리 규산염에 이어서 염화칼슘 염수, 산, CO2, 계면 활성제, 에스테르 또는 업계에 공지된 다른 것들로 이루어진 반응 화학 물질이 뒤따른다. 두 화학 물질은 대안적으로 여러 번 펌핑되어 근처-웰 보어 영역에서 실질적으로 혼합될 수 있다. 알칼리-실리케이트 및 반응물의 부피는 웰 보어 내에서 혼합을 방지하거나 직접 접촉하여 스페이서로 분리될 수 있다.
작동 동안 시일 및 웰 보어 무결성을 유지하기 위해, 석유, 가스 및 지열 산업에서 일반적으로 사용되는 드릴링 공정은 케이싱이 구멍으로 보강되거나 라이너가 설치될 때까지 잠시 동안 웰 보어 무결성 및 부분 웰 보어 씰(예: 필터 케이크)을 유지해야한다. 개방 홀(케이싱 또는 라이너를 설치하기 전에) 웰 보어는 무결성과 부분 밀봉이 드릴링 유체의 적절한 엔지니어링 및 적용에 의해 생성된다.
대조적으로, 본원에 개시된 본 발명은 일반적으로 50 년 이상인 지열 자산의 작동 수명 동안 개방 구멍 밀봉 및 웰 보전성을 유지하는 것을 필요로 한다.
별도의 화학적 처리로 시일을 드릴링하고 선택적으로 보강하면서 밀봉부를 생성하는 것 외에도, 작동 유체 자체는 밀봉부를 유지하고 웰 보어 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 작동 유체의 주요 기능은 지하 암석에서 에너지를 직접 사용하거나 전기 또는 냉각으로 변환하는 표면으로 에너지를 운반하는 것이다. 따라서 작동 유체는 에너지 전달과 시스템의 열역학적 효율을 극대화하기위한 주요 물리적 특성을 가져야 한다. 예를 들어, 유체는 다음을 포함하는 그룹으로부터 선택된 다음의 하나 이상의 특성을 가질 수 있다:
a) 유체와 주변 다운 홀 열원 사이의 온도차 및 열전달을 최대화하기 위해 10MPa보다 큰 압력 및 180℃ 미만의 온도에서 입구 웰과 출구 웰 사이의 측면 상호 연결 섹션 내에서 실질적으로 비선형 온도 엔탈피 관계;
b) 고압에서 흡열성이고 고압보다 낮은 압력에서 발열성인 감압 가역 반응을 겪을 수 있는 단계;
c) 측면 상호 연결부 내에서 흡열성인 화학 흡수 반응을 포함하는 유체 혼합물;
d) 측면 연결부 내에서 흡열 효과를 야기하며, 온도 및 압력 의존적 용해도를 갖는 전해질 수용액;
e) 난류 항력 감소 조성물을 함유하는 수성 유체;
f) CO2와 같은 초임계 유체;
g) 암모니아-에탄 혼합물; 및
h) a) 내지 g)의 기능적 조합
열역학적 효율을 최대화하는 것에 추가하여, 작동 유체는 또한 드릴링 유체의 많은 특성을 구비하여:
i) 웰 보어에서 수집될 수 있는 고체 미립자를 일반적으로 침전 탱크, 필터 또는 하이드로 사이클론을 사용하여 이들이 제거되는 표면으로 운송하고;
ii) 유체에 실질적으로 불투과성이 되도록 웰 보어의 밀봉을 유지하고;
iii) 웰 보어의 안정성과 무결성을 유지한다.
일 실시예에서, 보어 홀 벽 또는 브리지를 따라 필터 케이크를 형성하는 작동 유체 내에 고에 침천물 및 플러그 자연 파열부를 제공함으로써 밀봉부가 유지될 수 있다. 이들 미립자는 탄소 섬유, 미네랄 섬유, 셀룰로오스 섬유, 실리카, 비산회, 흑연, 그래 핀, 그래 핀 옥사이드, 탄산 칼슘, 벤토나이트 또는 업계에서 알려진 다른 미립자일 수 있다. 이들 고형물은 전형적으로 수성인 경우 작동 유체의 0.5 내지 2.0 중량 %, 및 다른 작동 유체에 대한 동등한 부피 농도로 첨가된다.
전술한 바와 같이 알칼리-실리케이트 드릴링 유체를 사용하는 경우, 드릴링 유체는 현장 지층 유체와 반응하여 겔화되고 결과적으로 단단한 고강도 고형물로 고화된다. 이들 반응은 실리케이트 드릴링 유체와 지층 유체 사이의 혼합 계면에서 발생한다. 높은 투과성 채널 또는 파단부에서, 드릴링 유체는 지층을 통해 빠르게 이동하여 지층 유체가 웰 보어로부터 멀어지고 혼합 계면이 실질적으로 암석으로 밀려나거나 지층 소금물이 매우 신선한 것으로 되어 실리케이트가 겔화되지만 완전히 침전되지는 않는다. 이들 시나리오에서, 암석 내에서 부분적 또는 실질적인 밀봉이 이루어 지지만, 근처-웰 보어 영역은 "방치되지 않은" 또는 반응하지 않은 액체 알칼리-실리케이트 드릴링 유체를 포함하고 더 이상 반응할 염수가 형성되지 않는다. 따라서, 밀봉을 유지하는 다른 방법은 웰 보어로부터 근처-웰 보어 지층으로 누출될 때, 드릴링 공정에서 남아있는 미사용 액체 알칼리-실리케이트와 접촉하여 침전 반응을 개시하는 반응물 첨가제를 포함하는 것이다.
정의에 의해, 천공 후에 투과성이 남아있는 웰 보어의 임의의 영역은 알칼리-실리케이트의 상당한 유입을 가졌을 것이고 근처-웰 보어 지층에 사용되지 않은 액체 알칼리-실리케이트를 함유할 것이다. 따라서, 작동 유체 내에 반응물을 포함시키는 것은 나머지 투과성 섹션을 자연스럽게 밀봉할 것이다. 적합한 화학 물질은 염화칼슘 염수, 산, CO2, 계면 활성제, 에스테르 및 업계에서 알려진 다른 것들이다.
웰 보어 안정성 및 완전성을 유지하기 위해, 암석을 밀봉하는 것 외에도, 작동 유체는 암석이 웰 보어 내로의 돌파, 슬러핑 및 부분 붕괴하는 것을 방지하기에 충분한 압축 강도를 제공하도록 지층에 충분한 압력을 가해야 한다. 작동 유체가 제공하는 압력은 위상 변화, 압력 및 온도에 따른 유체 특성 변화 및 유압 마찰 손실을 설명하기 위한 상태 방정식을 포함하는 통합 열역학적 웰 보어 모델을 사용하여 계산할 수 있다. 적절하게 설계된 경우, 작동 유체는 입구 웰 상단에 충분히 높은 압력을 가하거나(가압된 유체) 또는 작동 유체의 밀도를 수정하여 웰 보어 전체에 최소 압축 강도를 제공해야 한다. 업계에 알려진 다른 기술 중에서도, 바라이트(barite)와 같은 가중제를 첨가하거나 가용성 염을 통해 유체 밀도를 증가시킬 수 있다.
웰 보어 안정성을 유지하기 위한 다른 방법은 작동 유체 내에 셰일 억제제 화학 물질을 포함시키는 것이다. 이 화학 물질은 점토와 셰일의 수화, 팽창 및 붕해를 막는 기능을 가지고 있으며, 드릴링 유체의 일반적인 첨가제이다. 적합한 첨가제는 업계에서 알려진 다른 것들 중에서도 아민 계 화학 물질, 라텍스, 또는 칼륨 염의 수용액이다.
상기 첨가제 및 기능의 조합은 에너지를 표면으로 효율적으로 수송할 뿐만 아니라 웰 보어 시일을 강화 및 유지하고 생성된 투과성을 "자체 치유"하며 웰 보어 안정성 및 완전성을 유지하는 작동 유체를 초래하여, 유체에 실질적으로 불투과성인 폐루프 지열 웰 보어 시스템을 보존한다.
실런트 첨가제가 작동 유체의 열역학적 특성을 방해하지 않아야 한다는 요건이 매우 중요하다. 일 실시예에서, 작동 유체는 물, 시판되는 부식 억제제 1 내지 10 L/m3, 브롬화 칼륨 0.05 내지 0.3 mol/L, 세틸 트리메틸 암모늄 계면 활성재 3 내지 7 mM, 살리실산 나트륨 8 내지 16mM 및 0.5 중량 %의 탄산 칼슘 고체 미립자로 구성된다.
전술한 솔루션은 열역학적으로 효율적인 작동에 중요한 직접 사용 지열 열 공급에 적합한 온도 범위에 걸쳐 60 % 이상의 난류 항력 감소를 유지한다. 또한 열간 압연에 의한 셰일 분산 절차 API RP 13i 절차에 따라 시험할 때 40 % 이상의 회수율을 가지며, 사용되지 않은 알칼리 규산염와 반응하여 강한 고체 물질을 형성하며, 탄산 칼슘 입자가 가교되어 자연 파손부 및 매트릭스 투과성을 막는다.
다른 실시 형태에서, 작동 유체 자체는 단순히 개질된 알칼리-실리케이트 염수이다.
다른 실시 양태에서, 작동 유체는 많은 지열 시나리오에서 초임계 CO2가 물보다 우수한 열역학적 효율을 가지기 때문에 특히 가치가 있는 초임계 CO2이고, 또한 알칼리-실리케이트 액체를 강한 공체 물질로 고화시키는 우수한 반응물이다.
다양한 밀봉 메커니즘이 이제 하기 실시예에서 설명될 것이다.
예 1 - 화학적 밀봉
실리케이트 시스템의 밀봉 능력의 초기 테스트는 투과성 막힘 장치에서 수행되었다.
투과성 막힘 장치 시험:
-20μm, 3000mD 디스크(OFITE 제공)를 30 % 염화칼슘 용액에 밤새(약 16 시간) 담가서, 염수로 기공을 완전히 포화시키고 실리케이트 드릴링 유체가 반응하는 다수의 케이스의 현장 유체를 생성한다.
-투과성 막힘 시험(PPT)은 OFITE 사용 설명서 및 API RP 13i - 드릴링 유체의 실험실 테스트 권장 사례에 따라 실행되었다.
하기 기술된 시험 유체 250mL를 PPT 셀로 옮기고 미리 담근 디스크를 장치에 넣었다. 장치를 가압하고 시험을 시작하기 전에 드릴링 유체를 45 분 동안 디스크에 접촉시켰다
-시험은 실온 및 500psi에서 30 분 동안 수행되었다.
1, 5, 7.5, 15, 30 분 후에 투과 부피가 기록되었다.
도 2는 1/4 인치 두께의 여과 디스크에 대한 시험의 전형적인 일부 데이터의 플롯이다. 중합체 제어 유체가 관통되어, 여과 부피의 물질 감소는 없었다. 상이한 유형의 실리케이트를 첨가한 경우, 침전이 발생함에 따라 여과 속도가 현저하게 느려졌다. 투과율은 3000mD의 투과율을 가진 ¼ 인치 두께의 디스크에서도 거의 제거되었다.
유체 준비;
산탄 검(켈잔 XCDTM)을 약 30 분 동안 실버슨 믹서를 사용하여 적당한 전단 속도로 신선한 물에 혼합함으로써 1000 mL의 5 kg/m3 중합체 유체를 제조하였다.
제어 유체는 상기 중합체 유체였다.
-포뮬레이션 A, PQ 코포레이션에서 시판되는 제품인 30 mL의 Ecodrill TM 317을 상기의 270 mL의 중합체 유체와 조합하여 300 mL의 3% 활성 가용성 칼륨 실리케이트를 생성하였다.
- 포뮬레이션 B., PQ Corporation의 시판 제품인 Ecodrill TM K45 30mL를 상기 270mL의 중합체 유체와 조합하여 3%(V/V) 활성 가용성 실리케이트의 300mL 부분을 생성하였다.
포뮬레이션 A에 대한 총 PPT 부피는 273.8 ㎖이고, 스퍼트 손실은 257 ㎖이며, 정적 여과율은 3.1 ㎖/분으로 계산되었다. 포뮬레이션 B에 대한 총 PPT 부피는 103.8mL이고, 스퍼트 손실은 103.8mL이며, 정적 여과 속도는 3.7mL/분으로 계산되었다. 이러한 값은 API 13i로 표현된 공식을 사용하여 계산되었다.
코어 유동/회수 투과성/코어 손상 연구가 또한 수행되었다. 이러한 유형의 테스트는 종종 대상 생산 영역에서 얻은 코어의 투과성에 대한 드릴링 유체 또는 드릴링 유체 첨가제의 효과를 연구하는 데 사용된다. 일반적으로 연구의 목적은 손상을 최소화하거나 회복율을 최대화하는 것이다. 초기 투과도는 고유 염수, 오일 또는 일부 염수/오일 혼합물로 코어를 포화시키고 저장소 유체 압력 및 온도 조건에서 압력으로 코어를 통해 지층 유체를 유동시킴으로써 확립되고 측정된다. 이어서, 일정 시간 동안 코어의 면을 가로 질러 시험 유체를 주입하고, 여과 물의 부피, 유체의 침입 및 필터 케이크의 두께를 측정할 수 있다. 이어서, 지층 유체는 유동의 반대 방향으로 주입되어 시험 유체에 노출된 후에 투과성이 감소 또는 심지어 증가할 수 있는 정도를 결정한다. 이 연구에서, 목표는 실리케이트 시험 유체와 합성 소금물 포화 코어의 겔화 및 침전 반응에 의해 코어를 손상시키는 것이다.
코어 유동(flood)/회수 투과성/코어 손상 연구는 다음과 같이 수행되었다 :
대략 30 mD의 투과성을 갖는 베레아 사암 코어를 진공 하에서 합성 염수로 포화시키고, 3% 규산 칼륨 용액으로 2%의 특수 윤활제를 함유하는 것으로 시험하였다.
테스트 절차, 매개 변수 및 결과는 아래에 설명되어 있다.
절차:
1) 플러그를 칭량하고, 15 inHg 진공하에 1 주일 동안 염수로 사전 포화시켰다.
2) 코어 유동에 배치하고 염수에 대한 투과성을 측정하였다.
3) 규산 칼륨 진흙을 혼합하고 95 ℃로 가열하였다.
4) 진흙을 3mL/분의 연속 속도로 코어에 주입하였다.
5) 압력은 시간이 지남에 따라 모니터링 된다.
6) 차압은 ~ 2500psi까지 시간이 지남에 따라 기하 급수적으로 증가하였다. 유체의 돌파가 관찰되었다.
7) 코어가 완전히 막히지 않지만 ~ 99 %의 투과성이 손실된다.
8) 유출수를 수집하여 유체 변위(침습 깊이)를 결정한다.
파라미터:
기기: 챈들러 지층 응답 실험기(Chandler Formation Response Tester)
코어 플러그 : 1.5"x3.0"사암
온도 : 95℃
테스트 유체 : 2% 윤활제를 사용하여 3 %의 규산 칼륨
기동 부피 : 16.78
초기 투과성 : 염수에 대하여 28.32mD
진흙 처리 후 투과성 : 0.197mD
투과성 감소 :> 99 %
유속 : 3mL/min
염수 성분 :
NaCl - 230.303g
CaCl2 - 79.054g
KCl - 8.346g
MgCl2 - 13.79g
이어서, 셰일 분산 시험을 수행하여 윤활제를 갖는 알칼리-실리케이트 용액의 밀봉 능력 및 셰일 샘플에 대한 기계적 완전성을 제공하는 능력을 결정하였다. 방법론은 다음과 같이 열간 압연에 의한 셰일 분산을 위한 API RP 13i 절차에 따른다.
. 약 2kg의 피에르 셰일(Pierre Shale) 조각을 분쇄하여 약 900g의 -5/+ 10 Mesh(2-4mm) 조각을 산출했다. 피에르 셰일은 일반적으로 지열에 적합한 깊이에 있는 성숙하고 단단한 셰일 지층보다 훨씬 반응성이 높고 물에 취약한다. 보수적인 기준선으로 선정되었으며 성숙한 셰일의 실제 성능이 더 좋다.
. ASTM 체와 Ro-Tap 체 쉐이커를 사용하여 -5/+ 10 메쉬 조각을 2 분간 체로 걸렀다.
. 약 10g의 셰일을 250mL의 테스트 유체에 넣었다.
. 샘플을 120 ℃에서 24 시간 동안 롤링하였다.
. 그런 다음 롤링 후 샘플을 20 메쉬 스크린에 부었다.
. 노화된 셀을 억제된 유체(7 % KCl)로 헹구어 내벽에 부착된 물질을 제거하였다.
. 20 메쉬에서 회수된 총 재료 양을 오븐에서 100 C로 일정 질량으로 건조하였다.
. 각 샘플을 다시 체질하고 -5/+ 10 분획의 질량을 기록하였다.
여러 상이한 유체 포뮬레이션에 대한 결과가 하기에 제시되어 있다.
| 번호 | 샘플 | 초기 질량(g, -5/+10 mesh) | 전체 회복 질량(g) | 회복된 질량(g, -5/+10 mesh) | % 회복률 |
| 1 | 물 | 10.025 | 2.027 | 0.113 | 1.1 |
| 2 | 3%(v/v) 규산칼륨 | 10.041 | 9.895 | 9.799 | 97.6 |
| 3 | 3%(v/v) 규산칼륨 + 2% 윤활재 | 10.007 | 10.164 | 9.657 | 96.5 |
| 4 | 미네랄 오일 | 10.011 | 9.251 | 8.501 | 84.9 |
| 5 | 7% KCl | 10.054 | 9.015 | 7.307 | 72.7 |
| 6 | 10 L/m3 아민 | 10.002 | 6.961 | 5.759 | 57.6 |
| 7 | 작동 유체 성분 | 10.175 | 7.102 | 4.514 | 44.4 |
97% 초과의 회복이 달성되며, 이는 셰일의 우수한 밀봉 및 강화를 나타낸다. 미네랄 오일은 셰일과 반응성이 없지만 질량의 ~85%만 회복했다. 질량 손실은 압연 중 기계적 열화로 인한 것이다. 따라서, 97%의 높은 회수율은 화학적 밀봉 형태 일뿐만 아니라 기계적 경도 개선도 실현됨을 나타낸다. 셰일 억제제가 첨가된 작동 유체는 또한 단지 1% 회수율을 갖는 담수로부터 실질적으로 개선된 44% 회수율을 갖는다.
실시예 2
물, 시판되는 부식 억제제, 브롬화 칼륨, 세틸 트리메틸 암모늄 계면 활성제, 살리실산 나트륨 및 탄산 칼슘 고체 미립자로 구성된 작동 유체를 0.5 중량 %로 시험하였다.
압력 강하(즉, 항력)의 측정 및 난류 흐름의 특성을 2" 200L 용량 가열 흐름을 사용하여 시험하였다. 루프에는 원심력(GIW, LCC-M 50-230)과 각각 높은 전단 및 낮은 전단을 갖는 프로그레시브 캐비티(MoynoTM, 2F090) 펌프가 장착되어 있다. 최대 Re 수는 500,000에 이르고 루프는 15 % 체적 농도의 고체로 작동할 수 있다. 압력 강하를 담수로 교정하고 작동 유체를 사용하여 동일한 유량으로 마찰 압력 강하와 비교하였다. 직접 열 응용에 적합한 온도 범위에서 63 %의 난류 항력 감소가 달성되었다.
근처-웰 보어인 EcodrillTM317에서 사용되지 않은 알칼리-실리케이트와의 반응성을 시험하기 위해 2.5 비율 SiO2 : K2O의 29.1 % 활성 용액을 작동 유체의 샘플에 혼합하였다. NaOH를 사용하여 pH를 11-12로 조정하고, 알칼리 규산염 용액을 부드럽게 교반하면서 작동 유체 샘플에 주입하여 3 %(v/v) 및 1 %(v/v) 용액을 생성하였다. 이러한 저농도는 근처-웰 보어 부근의 사용되지 않은 알칼리 규산염 드릴링 유체를 보수적으로 나타내도록 선택되었다. 각각의 경우에, 실리케이트 용액을 작동 유체에 첨가하면 침전이 발생하였고, 24 시간 후에 실리케이트는 고화되었다. 결과는 작동 유체가 웰 보어 밀봉부를 보강하고 강화하여 유체에 실질적으로 불 투과성이 있음을 보여준다.
웰 보어 무결성 및 안정성을 유지하는 작동 유체의 능력을 평가하기 위해, 변형된 셰일 분산 시험을 수행하였다. 테스트 방법론에는 동일한 샘플로 2 개의 셰일 분산 실행 연속이 포함된다. 먼저, 전술한 바와 같이 샘플을 실런트에서 열간 압연한 후, 밀봉 후 셰일 기계적 강도 및 화학적 분리를 결정하기 위해 작동 유체에 재 침지시킨다. 드릴링 유체 실런트로 초기 셰일 분산을 실시한 후, 샘플을 건조, 칭량 및 작동 유체 화학에 침지시키고 24 시간 동안 압연하였다.
이어서, 압연후 샘플을 20 메쉬 스크린에 붓고, 20 메쉬에서 회수된 물질의 총량을 오븐에서 100 ℃에서 일정한 질량으로 건조시켰다. 이어서, 각각의 샘플을 다시 체질하고 -5/+ 10 분획의 질량을 기록하고 밀봉 및 건조 후 샘플의 질량과 비교하였다. 흥미롭게도, 여러 번의 실행으로 얻은 결과는 96 % 이상의 질량 회수를 보였으며, 이는 작동 유체가 웰 보어의 무결성을 유지하는 탁월한 능력을 보여주었다.
실시예 3 - 기계적 방법
일 실시예에서, 메커니즘은 투과성을 감소시키기 위해 공극 공간/파단으로 자연적으로 이동하는 드릴링 유체에 고체 입자를 첨가함으로써 수행될 수 있다. 이것을 일반적으로 손실 순환 재료(LCM)라고 한다.
고체 입자는 과립상 물질, 섬유상 물질 및 박편상 물질 및 이들의 조합일 수 있으며, 투과성을 감소시키는데 필요한 크기로(드릴링 유체를 통해 분산) 존재할 수 있다. 적합한 크기는 나노 미터 내지 밀리미터 크기일 수 있다.
아브람의 규칙 및/또는 이상적인 포장 이론 개념은 가장 적합한 재료를 확립하는데 유용하다. 아브람의 법칙에 따르면 브리징제의 입자 크기는 목표 지층의 중간 기공 목 크기의 1/3 이상이어야 한다.
이상적인 패킹 이론은 브리징제에 의해 생성된 공극을 포함하여 모든 공극을 효과적으로 밀봉하기위한 전체 범위의 입자 크기 분포를 제안한다.
또한, 브리징 전에 기공 공간으로 침투하도록 입자 크기를 조정할 수 있다.
추가로, 드릴 절단은 LCM을 증대시키고 막는 재료로서 작용할 수 있다.
드릴링 프로세스가 완료된 후 이들 LCM 제품 중 임의의 것이 웰 보어 누출을 교정하는데 이용될 수 있다. LCM이 있는 추가 점성 스윕은 열린 홀 섹션을 통해 감소된 속도로 펌핑되어 LCM의 침입을 허용하고 누출을 밀봉할 수 있다.
마지막으로, 고체 실리케이트(가능한 캡슐화)는 또한 저장소를 밀봉하기위한 효과적인 화학/기계적 조합 메커니즘을 제공할 수 있다.
실시예 4 - 생물학적 방법
MEOR(Microbial Enhanced Oil Recovery)은 미생물의 설계, 성장 및 자극을 관리하여 오일 회수를 증가시키는 엔지니어링 분야이다. 대부분의 깊은 지질 지층은 기공 공간 내에 혐기성 박테리아를 포함한다. 이 박테리아는 표면에 가까운 미생물에 비해 에너지와 영양분이 매우 적기 때문에 밀도가 낮다.
하나의 MEOR 기술은 토착 미생물을 영양소로 처리하여 그들의 성장 및 생물학적 다공성 물질로 인한 암석 기공의 막힘을 촉진시킨다. 영양소는 임의의 화학 물질일 수 있지만, 전형적으로 질산 칼륨 및 인산일나트륨을 포함한다. 박테리아 성장이 기하 급수적이므로, 충분한 원료와 적절한 조건이 공급되면 박테리아가 자라게 되어 박테리아가 상주하는 기공 공간을 완전히 차단하여 암석이 유체에 실질적으로 불투과성으로 될 수 있다.
다른 기술은 새로운 미생물을 암석 지층에 도입하고 동시에 영양분을 공급하는 것이다. 이러한 미생물은 특정 온도에서만 자라도록 조작될 수 있으므로 뜨거운 형태로 주입함으로써 활성화될 수 있다.
어느 기술이 종래의 드릴링 유체에 적용될 수 있고, 암석이 유체에 대해 실질적으로 불투과성이 되게하고 폐쇄 루프 지열 시스템을 형성할 수 있다.
실시예 5 - 열적 방법
대부분의 퇴적물 지층은 1200 ℃이하에서 녹지만, 지질학적 지층은 화학적 성질이 다양하여 그 융점이 변한다. 여러 가지 기술이 연구, 개발 및 테스트 단계에 있으며 기계적 접촉이 아닌 열 분해를 사용하여 암석을 관통할 수 있다.
하나의 방법은 전류 또는 원자력을 통해 플라즈마를 생성하는 것이다. 플라즈마는 암석을 녹여 연속 드릴링을 가능하게 한다.
또 다른 방법은 암석 표면에 레이저를 발사하여 암석이 부서지고 붕해되어 결국 녹을 때까지 온도를 증가시키는 것이다.
다른 방법은 충격에 충분한 에너지를 방출하여 온도를 수백도 증가시키는 고속 발사체를 발사하는 것이다.
이들 각각의 기술은 드릴링 동안 다공성 및 투과성 암석을 용융시키는 능력을 가지며, 이어서 냉각 및 어닐링되어 유체에 실질적으로 불침투성인 단단하고 내구성 있는 장벽을 형성할 수 있다.
기술의 방법 세부 사항을 논의한 후, 이제 도면을 참조하여 특정 구현을 참조할 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 상이한 포뮬레이션에 대한 시간 제곱근의 함수로서 여과 물 부피의 그래픽 표현이 도시되어 있다.
도 2는 실시예 1에 기술된 화학적 밀봉 코어 유동 테스트를 위한 시간의 함수로서 차압 및 투과성 데이터의 그래프가 도시되고 있다.
도 3은 지하수 보호를 위한 표면 케이싱(12)을 갖는 입구 웰(10)을 갖는 웰의 단면도이다. 중간 케이싱(14)은 도시된 바와 같이 제자리에 합착된다. 이들 구성 요소는 모두 당업계에 공지되어 있다. 중간 케이싱(14)으로부터 연장되는 측면 섹션(16)은 이 예에서 케이싱을 포함하지 않고 개방된 밀봉된 웰 보어이다. 측면 섹션(16)을 둘러싸는 기공 공간은 전술한 바와 같이 실런트로 밀봉된다. 밀봉된 기공 공간은 도면 부호 18로 표시된다. 밀봉된 측면 섹션은 중간 케이싱(14)에 연속적이다. 후자의 케이싱은 이어서 유출구 웰(20)과 연속적으로 연결된다. 출구 웰은 케이싱(12)으로 완성된다.
도 4는 대안적인 시나리오를 도시한다. 이 예에서, 측면 섹션(16)은 간헐적으로 밀봉되어 밀봉되지 않은 암석면(22)을 초래할 수 있다. 이 상황에서, 케이싱(24)은 라이너로 도시되어 있으며, 시멘트 보강되어 있지 않다. 라이너(22)는 밀봉되지 않은 암석면을 개선하고 입구(10)로부터 출구(20) 로의 연속 회로를 유지한다. 이는 연속적으로 밀봉된 섹션과 함께 사용될 수 있다. 이것은 형성의 특정 지질학에 달려 있다.
다공성 또는 파쇄 된 암석의 밀봉된 영역과 관련하여, 실런트는 암석면과 융합되지 않고, 상기 논의된 화학적 예에서 암석 내에 매립된다. 일반적으로 도 2 및 도 3은 경질 암석을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 웰이 지층 내의 상대적으로 낮은 투과성 섹션 내에 배치되는 예가 도시되어 있으며, 그 예는 퇴적 셰일 또는 머드 스톤 섹션이다. 이 시나리오에서, 지층은 일반적으로 숫자 26으로 표시되는 드문 균열, 파단, 클리브 평면 등을 가질 수 있다. 화학적 라이너(28)는 도시된 바와 같이 틈, 파열부 및 절단면을 채우는 화학적 라이너 조성물(28)로 입구(10)와 출구(20) 사이의 연속성을 완료하기 위해 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 웰 구성의 제 1 예가 도시되어 있다. 예에서, 각각의 유입구(10) 및 배출구(20)는 다중 측면 웰 시스템(36)의 유입구(32) 및 유출구(34)와 연통하는 통상적인 케이스 섹션(30)을 포함한다. 시스템은 지열 지층(38) 내에 배치된다. 측면 웰(16)의 측면 웰(16)은 도 3 및 도 4와 관련하여 개략적으로 도시된 상황에 따라 부분적으로 발생될 수 있다. 임의의 수의 웰 시스템(36)이 구조물(38)에 사용될 수 있다. 이는 수직 및 수평으로 숫자 6n으로 표시된다. "n"은 시스템(36)의 형상 또는 임의의 다른 적합한 구성의 임의의 수의 추가의 웰을 나타낸다.
유입구(32) 및 배출구(34)는 이제 전진 도면에서 참조될 다측면 접합부에서 케이스 부분(30)과 통합된다.
도 7은 하나의 가능한 다자간 배열을 도시한다. 입구(32)는 측면 섹션(16)이 연속적으로 연장되는 밀봉된 다측 웰 보어 접합부(40)와 연결된다. 측면 섹션(16)은 구조물(38) 내에서 열 회수를 최대화하기 위해 서로 이격되어 있다(도 6). 측면 섹션(16)은 도 3 내지 도 5와 관련하여 논의된 바와 같이 케이싱을 포함할 수 있다. 시스템(36)의 출구(34)는 유사한 접합부(40)(도시되지 않음)를 포함할 것이다.
도 8을 참조하면, 일반적으로 숫자 42로 표시되는 L 자형 웰 구성이 도시되어 있다. 이 예에서, 웰은 이전 예와 같이 밀봉된 단자 단부(46) 개방 홀 웰 보어를 갖는 연장 섹션(44)을 갖는다. 절연 튜브(48)는 유체 전달을 위해 웰 내로 연장된다. 연장 섹션(44)은 임의의 선택된 각도일 수 있다.
도 9는 수직 배향 예를 도시한다.
도 10에서, W- 형 웰은 도면 부호 50으로 표시되어 제공된다. 표면은 도면 부호 52로 표시된다. 이 예에서, 하나의 웰로부터의 출력은 다른 웰의 입력이 된다. 흐름 방향은 화살표로 표시된다. 추가 주기 동안 패턴을 반복할 수 있다. 이 예에서, 개방 홀 웰 보어(16)는 이전 도면에서 논의된 바와 같이 밀봉되고, 단순히 밀봉된 웰 보어 섹션을 갖는 케이스 형 섹션의 교대 패턴을 포함할 수 있다. 이것은 지층 지질학에 달려 있다.
도 11은 입구 및 출구 도관을 단일 웰 보어로 결합하는, 도 3에서 초기에 참조된 것과 유사한 다자 시스템의 추가 변형을 도시하며, 다자 섹션의 배치는 형성 내에서 임의의 각도일 수 있다. 이 예에서, 측면 섹션(16)은 단자 단부(54)에서 수렴한다.
도 12는 입구 웰(10) 및 출구 웰(20)이 일반적으로 근접한 단일 사이트 장치(56)의 측면도이다. 유체 회로는 측면 섹션(16)에 대해 도시되어 있다. 이전의 예에서와 같이, 개방 홀 웰 보어는 밀봉이 진행되는 동안 주변 기공 공간이 드릴링된 상태에서 천공이 수행되는 동안 밀봉된다. 12n은 도 6에서 6n으로 표시된 것과 동일한 의미를 갖는다.
추가 변형이 도 13에 도시되어 있다. 평면도는 다중 측면 웰 배열을 도시한다. 도시된 복수의 개별 웰(16)은 공통 입구 웰(10)을 공유하고, 지층의 지열 구역 내에서 연장되고(이 도면에는 도시되지 않음) 폐쇄 회로에서 공통 출구 웰(20)로 복귀한다. 화살표 및 흐름은 개별 루프 중 각 개별 루프 또는 데이지 체인으로 분리될 수 있다. 이는 지열 구역 내에서 최대 열 채굴을 허용하면서 작은 설치 공간에 유리하다.
도 14는 도 13의 실시예에 기인한 작은 풋 프린트를 유지하면서 제공된 복수의 웰 배열이 존재하는 추가 변형을 도시한다.
도 15는 도 13에 초기에 제시된 웰 구성과 조합하여 다자 웰 시스템(50)을 통합한다. 이 구성에서, 2 개의 개별 단일 사이트(56)는 큰 지하 지열 영역을 채굴하기 위해 최소 표면 침습성을 갖는 넓은 영역에 걸쳐있을 수 있다. 흐름 방향은 화살표로 표시되며, 흐름은 개별 루프 중 개별 루프 또는 데이지 체인으로 분리될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 밀봉 기술의 효과는 그러한 하이브리드 구성을 제공하는 유연성을 허용한다. 이는 또한 다양한 지질 학적 상황에서 열 채굴을 가능하게 하여 본원의 방법을 실시하는데 있어서 또 다른 자유도를 허용한다.
보다 집중된 세부 사항에서, 도 16은 본 명세서에서 측면 섹션(16)으로도 지칭되는 천공된 웰 보어의 단면을 도시한다. 이 예에서 지열 지층(38)은 높은 투과성 지층이다. 투과성으로 인해, 실런트는 지층 내의 기공 공간 내로 퍼지고, 웰 보어(16)에 근접하여 바로 숫자 60을 참조하여 미 반응 상태로 유지된다. 미반응 실런트 영역으로부터의 외측 방향에는 이전 예에서와 같이, 실런트로 밀봉된 기공 공간이 있으며, 숫자 18로 표시된다.
도 17은 도 16의 웰 보어를 작동 유체에 노출시킨 결과를 도시한다. 이 처리에 이어서, 웰 보어를 둘러싸는 형성 영역이 밀봉되어 웰 보어 자체의 내부 부피와 그것을 둘러싸는 형성 물 사이에 불투과성 계면을 형성한다. 이는 밀봉된 웰 보어(16)가 미 반응된 실런트(60)의 리저버에 의해 둘러싸이기 때문에 특히 유리하다. 지진 활동 또는 다른 유해한 활동에 의한 웰 보어 밀봉이 손상되는 경우, 웰 보어는 가능한 반응물의 리저버오 작동 유체 사이의 반응에 의한 자체 치유에 의해 완전성 및 밀봉 능력을 유지할 수 있다. 이것은 시간이 지남에 따라 운영 및 유지 보수 비용을 절감한다는 측면에서 매우 중요한 이점을 가지고 있으며, 웰 시스템을 처음 합성하는 것과 관련된 초기 자본 지출을 크게 완화시킨다.
예를 들어 화강암, 이암 또는 셰일인 낮은 또는 평균 투과성을 갖는 암석과 관련하여, 기공 공간, 균열, 틈새, 쪼개지는 평면 등은 웰 보어(16)의 주변에 실런트로 채워질 수 있다. 반응성 작동 유체 또는 추가 처리없이 단일 단계에서 불 침투성 계면을 형성한다. 따라서, 지질 투과성은 본 명세서에서 논의된 방법의 범위를 고려하여 어떠한 지열 열 채굴 문제도 제시하지 않는다는 것이 이해될 것이다.
보조적인 장점으로서, 기술은 치료 및 개조 영역으로 확장될 수 있다. 본 기술의 기본 사상 중 하나는 지열 분야에서의 에너지 생성에 대한 환경 친화적 인 솔루션으로서, 상당한 유체 취급을 필요로 하는 파열을 피할 수 있다. 두 번째 기본 사상은 이 기술이 종래 기술에서 폐쇄 루프로서 부적절하게 특징 지어진 것과 대조적으로 진정한 폐쇄 루프 시스템을 제공한다는 것이다.
이 기술은 열거된 지열 회복 이점을 갖는 매우 효과적인 밀봉 프로토콜을 가능하게 하기 때문에, 기술은 비효율적이거나, 사용되지 않거나 또는 작동할 수 없는 지열 웰을 교정하는 데 적용될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 유정은 낮은 유속, 비효율적인 파열, 통합되지 않은 지층 및 결과적인 모래 생산 문제, 소금물로 인한 과도한 부식 또는 침출 문제 등의 여러 가지 문제로 인해 사용 불가능하거나 작동하지 않을 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 논의된 바와 같이 새로운 비-프랙킹 지열 배열에 대한 개조가 불가능한 경우, 불필요한 케이싱 및 보조 구성 요소의 제거에 의해 또는 프래킹 또는 잠재적으로 전체 웰을 다시 드릴링하는 것과 같은 비싸고 환경적으로 논쟁적인 조작으로 가능한 경우 운영 불가능한 장소는 포기될 것이다. 투과도는 문제가 되지 않는다는 사실에 비추어, 밀봉 기술은 매력적인 수정 이점을 제공한다.
기존의 지열 웰의 전환 또는 개조와 관련하여, 웰의 존재는 기술이 상당한 경제적 이점으로 전개될 수 있게 하고, 유체 관리의 파쇄 필요성, 유도된 지진 및 환경 위험을 제거하고, 이전에는 환경 비친화적 에너지 원으로 널리 인정된 추가 시설로, 추가 건설을 위한 친환경 에너지 플랫폼으로 사용되었다.
기술 범위의 추가 구현의 관점에서, 이제 전진하는 도면이 참조될 것이다.
도 19에서, 웰 루프(64)는 지질 형성 내에 배치된 입구 웰(10) 및 출구 웰(20)을 갖는 폐쇄 루프 시스템을 포함하며, 이는 퇴적 분지 아래에서 발생하는 결정질 암석으로 더 적절하게 설명되어 있는(표시되지 않음). 예를 들어 지열 지층, 저투과성 지층, 퇴적 지층, 화산 지대 지층 또는"지하"지층일 수 있다.
웰 루프(64) 및 동력 사이클(66)은 열교환기(68)에 의해 열적으로 접촉하고, 이는 열교환기(68)에 의해 열적으로 접촉하며, 이는 루프(64)에서 순환하는 작동 유체로부터 열을 회수하여 사이클(66)에서 발전기(70)로 전력을 발생시키는 데 사용된다. 예를 들어, 형성 물의 온도는 80 ℃내지 150 ℃의 범위일 수 있다.
예시된 배열에서, 2 개의 별개의 작동 유체가 사용된다. 유체에 관한 추가 세부 사항은 이후에 논의될 것이다. 시스템의 웰 루프 작동에 사용되는 작동 유체를 저온에서 수정할 수 있다.
이와 같이, 현재 이용 가능한 발전 모듈은 일반적으로 일차 열교환기에서 동력 사이클(power cycle) 작동 유체의 입력 온도를 0 ℃이상으로 제한한다. 작동 유체 온도를 0 미만으로 낮추면 터빈 압력 비율이 높아진다. 그러나, 종래의 지열 프로젝트는 열교환기의 다른 쪽에서 지열 유체의 잠재적 동결에 의해 제한된다.
본 기술에서의 이들 한계는 폐쇄 루프 웰과 조합하여 분리된 동력 사이클 시스템을 구현함으로써 극복된다.
유체는 영하의 온도에서 동결을 방지하기 위해 첨가제로 변형될 수 있다. 적합한 첨가제는 스케일링 방지제, 부식 방지제, 마찰 감소제 및 동결 방지 화학 물질, 냉매, 살생물제(biocide), 탄화수소, 알코올, 유기 유체 및 이들의 조합을 포함한다.
분리된 전력 사이클과 조합하여 맞춤형 웰-루프 작동 유체의 실질적인 이점은 그것이 매우 차가운 주위 온도에 영향을 받지 않으며 따라서 임의의 일반적인 전력 사이클(ORC, Kalina, 탄소 운반 사이클, CTPC)는 도 19에 제시된 바와 같이 웰 루프와 함께 사용될 때 더 높은 순 전력 생산을 증가시키는 데 사용된다. 이러한 구조에서, 제 2 작동 유체의 온도가 0℃ 또는 0℃ 보다 낮을 때 제 1 작동 유체로부터 제 2 작동 유체로 열이 전달된다.
분리된 회로를 갖는 선택적인 구성이 도 20 및 21에 도시되어 있다.
도 20은 평행 배열을 형성하는 그 자신의 발전기(22)를 갖는 2 개의 별개의 열교환기(18)와 열 접촉하는 웰 루프(12)를 포함하는 분리된 회로를 도시한다. 유사하게, 도 21은 직렬 배열을 도시한다.
통합된 웰 루프 전력 사이클은 선택된 작동 유체가 웰 루프 내에서 순환되고 이어서 도 22에 도시된 바와 같이 표면의 터빈으로 유동하는 폐쇄 루프 시스템이다. 숫자 72는 전체 공정 개략도를 나타낸다. 이 과정에서 신중한 웰 루프 유체와 2 차 전원 사이클 작동 유체를 사용하는 대신 단일 유체가 사용된다. 이 폐루프 사이클의 작동 유체는 초임계 사이클로 작동할 수 있으며, 이로 인해 유체는 높은 작동 압력에서 초임계로 및 낮은 작동 압력에서 아임계로 작동하거나, 전체적으로 초임계 사이클로 작동하여, 유체는 낮은 작동 압력에서 초임계로 유지된다.
알려진 바와 같이, 트랜스임계 사이클은 작동 유체가 아임계 및 초임계 상태를 모두 통과하는 열역학적 사이클이다. 장치는 예에서 공중 냉각기(74) 및 발전기(78)를 갖는 터빈(76)으로서 도시된 냉각 장치를 포함한다. 공중 냉각기(74)는 작동 유체를 주위 온도보다 1 ℃내지 15 ℃의 온도로 냉각시키는 데 사용된다. 또한 작동 유체는 영하의 온도로 냉각될 수 있다. 도 24는 성능 데이터를 나타낸다.
이 통합 사이클에서의 구동 메커니즘은 입구 수직 웰(10)과 출구 수직 웰(20) 사이의 밀도 차이로 인해 발생하는 매우 강한 열 사이펀(thermosiphon)이다. 유체는 입구 웰(10)에서 초임계 액체 상태이고 열은 가열되며, 측 방향 상호 연결 섹션(80)을 따라 이동하고 출구 웰(20)에서 초임계 상태로 빠져나감에 따라 상당한 압력이 발생한다.
열 사이펀 효과는 시동 동안을 제외하고 정상적인 작동 조건하에서 표면 펌프에 대한 필요성을 완전히 제거할 수 있다. 유리하게는, 이것은 펌프를 작동시키고 순 전력 출력을 증가시키는데 필요한 전력을 제거한다.
웰 루프 회로와 함께 작동하는 것은 웰 보어 레이아웃, 깊이, 길이 및 주위 온도에 맞게 조정된 주문 제작 유체 및 혼합물이다. 이러한 종래 기술은 이산화탄소 또는 순수한 탄화수소 유체의 사용에 대해서만 논의한다. 본원에서 논의된 것과 같은 폐루프 시스템에서, 유체 혼합물의 초기 비용 및 복잡성은 전체 경제에서 단지 작은 요소일 뿐이다. 따라서, 다음을 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 특성을 갖는 유체와 같은 다른 유체가 사용될 수 있다:
입구 웰, 출구 웰 및 그 사이의 상호 연결 웰 세그먼트를 갖는 지열 웰로부터 열 에너지를 회수하는데 사용하기위한 작동 유체로서, 상기 작동 유체는:
a) 유체와 주변 다운 홀 열원 사이의 온도차 및 열전달을 최대화하기 위해 10 MPa보다 큰 압력 및 180 ℃미만의 온도에서 상호 연결 세그먼트 내의 실질적으로 비선형 온도 엔탈피 관계;
b) 고압에서 흡열성이고 고압보다 낮은 압력에서 발열성인 압력 감지 가역 반응을 겪을 수 있으며;
c) 상호 연결/측면 섹션 내에서 흡열성인 화학 흡수 반응을 포함하는 유체 혼합물;
d) 온도 및 압력 의존적 용해도를 갖는 수성 전해질 용액으로서, 상호 연결/측면 섹션 내에서 흡열 효과를 초래하는 수성 전해질 용액;
e) 높은 전단력에 노출될 때 분해되지 않는 난류 항력 마찰 감소 조성물을 함유하는 수성 유체;
f) 초임계 유체;
g) 암모니아-에탄 혼합물;
h) a) 내지 g)의 기능적 조합;을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 특징을 가진다.
웰 루프의 측면 부분 내에서 실질적으로 비선형 온도-엔탈피 관계를 나타내거나, 고압에서 흡열성이고 고압보다 압력이 낮을 때 발열성인 압력 감지 가역 반응을 나타내는 유체는 상당한 발전 성능을 증가시킬 수 있다는 것이 발견되었다. 이것은 원거리 암석 온도와 순환 유체 온도 사이의 평균 온도 차이가 증가하여 지질 지층으로부터 열 전달이 증가하기 때문에 발생한다.
분리된 구성에 사용하기위한 이러한 유형의 유체의 예는 온도-의존적 용해도를 갖는 수성 침전물/전해질 용액이며, 여기서 물은 입구 웰의 상부에서 과포화된다. 고체 입자는 스케일 방지제(anti-flocculation agent) 및 난류(드릴링 머드와 유사)에 의해 현탁 상태로 유지된다. 측면 섹션에서, 온도는 증가하고, 따라서 현탁액에 보유된 고체의 용해도 또한 증가한다. 이것은 고체 입자가 물에 용해될 때 용액이 암석으로부터 열을 흡열적으로 흡수할 수 있게 한다(기본적으로 유체의 유효 열 용량을 증가시킨다). 분리된 열-전력 사이클로의 열교환기에서, 온도가 감소하고, 따라서 고체 물질은 발열적으로 침전된다.
유용한 유체는 예로서 다음과 같은 용질을 갖는 수용액을 포함한다: 아세트산 암모늄, 인산 이수소 암모늄, 포름산 암모늄, 질산 암모늄, 브롬화 칼륨, 염화칼륨, 포름산 칼륨, 탄산 수소 칼륨, 질산 칼륨, 아세트산 나트륨, 탄산나트륨 및 인산 일 나트륨.
단일 터빈을 사용하고 전체 범위의 주변 조건에 걸쳐 적절한 효율을 갖는 것이 문제가 된다. 서로 다른 주변 조건에 최적화된 직렬 또는 병렬로 2 개 이상의 터빈을 사용하면 문제가 해결되는 것으로 밝혀졌다. 더 낮은 온도의 기간 동안, 제어 로직(도시되지 않음)은 일년 내내 높은 효율을 유지하기 위해 작동 유체를 적절한 터빈으로 자동 이동시킨다.
도 25 및 25a를 참조하면, 전체적으로 숫자 82로 표시된 웰의 데이지 체인의 개략도가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 전체적으로 숫자 84로 표시된 각 표면 위치는 측면 웰 도관 또는 연결 세그먼트(84) 및 생산 웰(90)에 연결된 주입 웰(86)을 포함한다. 이러한 방식으로, 연속 웰 구조물은 일반적으로 U 자형 구조물을 형성한다. 측면 웰 세그먼트는 도 3에서 논의된 바와 같이 웰 시스템(36) 또는 이전에 논의된 다른 구성 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 각각의 위치(84)는 이산되고 근위 위치에 완화되고 유리한 방식으로 연결된다. 예를 들어, 위치들 사이의 거리는 3,500 미터 내지 6000 미터 일 수 있다. 물론 상황에 따라 다를 수 있다.
작동시, 작동 유체는 하나의 위치(84)의 주입 웰(86)에서 순환되고, 선택적으로 예를 들어, 열 에너지를 회수하기 위해 발전 장치(도시되지 않음)를 통해 처리되고, 이어서 근위 위치(84)의 주입 웰(86)에 대한 입구 공급 스트림이 되도록 출구 스트림으로서 통과하게 된다. 체인 위치(92)는 이러한 릴레이 또는 데이지 체인 시퀀싱을 도시한다. 모든 열이 회수되는 것은 아니기 때문에, 근위 위치의 웰(86)에 대한 입구 공급 스트림은 측면 도관(88)으로의 주입을 위해 예열된다. 그 후, 프로세스는 다음 위치(84)에서의 반복을 위해 리셋된다.
도 26을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예, 예를 들어 8,000kW 내지 12,000kW 시스템이 도시되어 있다. 이 예에서, 개별 루프는 전력 및 효율 증가를 위해 발전 장치(도시되지 않음)를 집중시키기 위해 중앙 위치(94)에서 결합될 수 있다.
도 27 및 도 28은 더 작은 스케일의 작동인, 4,000kW-6,000kW(도 27) 및 2,000kW-3,000kW(도 28)를 도시한다.
데이지 체인 구현을 사용하는 중요한 특징 중 하나는 근처 복귀 도관에 대한 요구가 없다는 것이다. 필요한 경우, 기존의 웰 루프 배열에서와 같이 자본 비용이 총 프로젝트 자본의 10 %를 초과하면, 효율성을 떨어뜨리게 되는 ~3 ℃ 열 손실 및 압력 손실 결과를 타협할 필요가 있을 수 있다.
대조적으로, 데이지 체인은 웰 루프가 앞뒤로 연결되어 있기 때문에, 가까운 표면 복귀 도관에 대한 필요성을 제거한다. 또한, 쌍을 이루는 루프는 예열된 스트림을 생성하기 위한 입력으로서 폐열을 사용하여 쌍과 서로에 대한 복귀 도관으로서 작용한다.
다른 장점은 모든 것이 표면 아래에 있고 위치(84)들 사이의 거리가 줄어들기 때문에, 표면 파괴(disruption)(풋프린트)가 없는 증가된 전력 생산을 포함한다. 이는 예열된 공급 스트림 설계의 온도 증가로 인해 더 짧은 도관(88)이 사용될 수 있으면 비용을 상당히 감소시키게 된다.
실시예에서의 웰은 설명된 드릴링 방법에 의하는 동안 밀봉을 사용함으로써 형성된다. 웰 구성의 임의의 조합이 데이지 타입 배열에 통합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 파괴 기술의 임의의 조합이 데이지 예에서 웰 보어뿐만 아니라 모든 도면에 도시된 임의의 다른 구성을 형성하는데 사용될 수 있다. 일부 도면에서, "n" 지칭에 대한 참조는 도면 번호와 함께 포함된다. 예는 6n으로 표시된 영역을 갖는 도 6이다. 이것은 임의의 개수, 따라서 n 개의 추가의 웰이 수직으로 적층되거나 평행한 관계로 또는 도시된 것과 같이 위치될 수 있음을 나타낸다. 웰 유형은 추가 웰에 대해 다르거나 동일할 수 있다.
실시예에 의해 열거된 바와 같이, 본원에 기술된 기술은 투과율에 관계없이 지열 형성을 최대의 전도성을 위해 에너지 효율적인 웰 보어로 형성하는 능력을 전제로 한다. 이 기능은 매우 효과적인 작동유체와 결합될 때 놀라운 방법론을 제공한다.
웰 내의 유체 순환은 효율을 촉진시키는 임의의 패턴 및 방향으로 발생할 수 있다. 이것은 부분적으로 형성의 특성에 의해 지시될 것이며 통상의 기술자에 의해 결정되고 인식될 것이다.
12: 표면 케이싱 14: 중간 케이싱
16: 측면 섹션 22: 암석면
20: 웰 30: 케이스 섹션
40: 접합부 36: 시스템
44: 연장 섹션 48: 절연 튜브
16: 측면 섹션 22: 암석면
20: 웰 30: 케이스 섹션
40: 접합부 36: 시스템
44: 연장 섹션 48: 절연 튜브
Claims (50)
- 지열 회수를 위하여 지층에 웰 보어(wellbore)를 드릴링하는 방법으로서, 상기 방법은,
열 메커니즘, 기계적 메커니즘, 화학적 메커니즘, 및 생물학적 메커니즘 중 적어도 하나를 사용하여 상기 웰 보어를 드릴링하는 동안에 상기 웰 보어에 비가역적 지층 손상을 도입함으로써 상기 웰 보어를 드릴링 하는 동안 유체에 대하여 불투과성인 상기 지층과 상기 웰 보어 사이에 열전도성 계면을 형성하는 단계로서, 형성된 계면과 상기 웰 보어 사이에 추가적인 물질이 존재하지 않는, 열전도성 계면을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 웰 보어는 폐루프이며, 적어도 상기 루프의 입구 웰 및 출구 웰 사이에서 연장되는 상기 계면으로써 연속적인 회로를 이루는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 메커니즘은 화학적 메커니즘인 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 화학적 메커니즘은 알칼리 규산염계 드릴링 유체를 사용하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 알칼리 규산염계 드릴링 유체는 칼륨, 나트륨 및 알루미늄규산염 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 드릴링 유체는 0.3 질량% 내지 9 질량%로 물을 함유하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 드릴링 유체는 3질량% 내지 6질량%로 물을 함유하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 드릴링 유체는 10.5 이상의 pH를 갖는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
추가적 화학 유닛 작업에서 형성된 계면의 밀봉 성능 및 기계적 무결성을 증대시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 추가적 화학 유닛 작업은 염화칼슘 염부, 산, CO2, 계면활성제 및 에스테르 중 적어도 하나로써 상기 계면을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 화학 유닛 작업은 상기 형성된 계면에 화학적으로 결합할 수 있는 화합물로 상기 형성된 계면을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 화합물은 박리된 비산회(exfoliated fly ash)를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 화합물은 표면이 활성화된 그래핀, 그래핀 옥사이드, 탄소 섬유 및 그 혼합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
사용시에 불투과성을 유지하기 위한 계면 유지 첨가제를 함유하는 상기 웰 보어 내에서 작동 유체를 순환시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
필요시에 상기 웰 보어의 구조적 무결성을 유지하는 압력으로 상기 웰 보어 내에서 작동 유체의 압력을 유지하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 작동 유체는,
상기 작동 유체와 주변 지층 사이의 온도차 및 열전달을 최대화하기 위해 10MPa를 초과하는 압력 및 180 ℃ 미만의 온도에서 입구 웰과 출구 웰 사이의 상호 연결 웰 보어 섹션 내에서 비선형 온도 엔탈피 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
사용시에 불투과성을 유지하도록 계면 유지 첨가제를 함유하는 웰 보어 내에서 작동 유체를 순환시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 계면 유지 첨가제는 상기 계면의 투과성 손상 영역의 자가 치유를 유도하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 계면 유지 첨가제는 상기 계면의 투과성 손상 영역의 자가 치유를 유도하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 계면 유지 첨가제는 드릴링 공정으로부터 잔류하는 미반응 알칼리 규산염을 침전시키는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 지열 회수를 위하여 지층에 입구 웰과 출구 웰을 가진 웰을 형성하는 방법으로서,
유체에 대하여 불투과성인 상기 지층과 상기 웰 보어 사이에 계면을 형성하기 위하여 화학적 메커니즘을 사용하여 상기 입구 웰과 출구 웰 사이에서 연장되는 웰 보어에 비가역적인 지층 손상을 유도하는 단계; 및
상기 계면의 밀봉 성능 및 기계적 무결성을 증대시키도록 상기 계면으로 침전물 계면을 유도할 수 있도록 형성된 상기 웰 보어 내에서 화학적 조성물을 순환시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 형성하는 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 웰 내에서 작동 유체를 순환시키는 동안 불투과성을 유지하도록 형성된 계면으로써 계면 유지 첨가제를 함유하는 밀봉된 웰 보어 내에서 작동 유체를 순환시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 형성하는 방법. - 지열 회수를 위하여 지층에 입구 웰 및 출구 웰을 구비한 웰을 형성하는 방법으로서,
유체에 대하여 불투과성을 가지는 상기 지층 및 상기 웰 보어 사이에 계면을 형성하도록 상기 입구 웰 및 상기 출구 웰 사이에서 연장되는 웰 보어에 비가역적인 지층 손상을 유동하는 단계;
상기 계면의 밀봉 성능과 기계적 무결성을 증대시키기 위하여 상기 계면으로써 침전 지층을 유도할 수 있는 형성된 웰 보어 내에 화학적 조성물을 순환시키는 단계; 및
상기 웰 내에서 작동 유체를 순환시키는 동안에 불투과성을 유지하기 위하여 형성된 계면으로써 계면 유지 첨가제를 함유하는 밀봉된 웰 보어 내에서 작동 유체를 순환시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 형성하는 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 웰은 폐루프이며, 적어도 상기 루프의 입구 웰과 출구 웰 사이에서 연장되는 상기 계면으로써 연속 회로를 이루는 것을 특징으로 하는 웰을 형성하는 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 작동 유체는,
상기 작동 유체와 주변 지층 사이의 온도차 및 열전달을 최대화하기 위해 10MPa를 초과하는 압력 및 180 ℃ 미만의 온도에서 입구 웰과 출구 웰 사이의 상호 연결 웰 보어 섹션 내에서의 비선형 온도 엔탈피 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 웰을 형성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 웰 보어는,
이격된 입구 웰, 출구 웰 및 상기 입구 웰과 출구 웰을 연결하는 측면 웰을 가진 폐루프 U 형상 웰; 폐쇄된 단자 단부를 가진 L 형상 웰; 다른 그룹 부재의 입구 웰에 연결된 그룹 내에 출구 웰 부재를 이루는 이격된 관계로 되어 그룹을 이루는 폐쇄된 U 형상 웰로 배열된 튜브 인 튜브; 각각의 입구 웰 및 출구 웰에 공통으로 연결된 복수의 측면 웰을 가지는 폐루프 U 형상 웰; 열적 접촉을 위하여 적어도 부분적으로 서로 맞물린 복수의 측면 구조체의 측면 웰로써 배치된 각각의 입구 웰과 출구 웰에 공통으로 연결된 복수의 측면 웰을 가지는 복수의 폐루프 U 형상 웰 및 그 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 폐루프에서 순환하는 작동 유체로부터 열 에너지를 저장하는 장치, 사용하는 장치 및/또는 변환하는 장치를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 보어를 드릴링하는 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 웰 보어는,
이격된 입구 웰, 출구 웰 및 상기 입구 웰과 출구 웰을 연결하는 측면 웰을 가진 폐루프 U 형상 웰; 폐쇄된 단자 단부를 가진 L 형상 웰; 다른 그룹 부재의 입구 웰에 연결된 그룹 내에 출구 웰 부재를 이루는 이격된 관계로 되어 그룹을 이루는 폐쇄된 U 형상 웰로 배열된 튜브 인 튜브; 각각의 입구 웰 및 출구 웰에 공통으로 연결된 복수의 측면 웰을 가지는 폐루프 U 형상 웰; 열적 접촉을 위하여 적어도 부분적으로 서로 맞물린 복수의 측면 구조체의 측면 웰로써 배치된 각각의 입구 웰과 출구 웰에 공통으로 연결된 복수의 측면 웰을 가지는 복수의 폐루프 U 형상 웰 및 그 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 형성하는 방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 폐루프에서 순환하는 작동 유체로부터 열 에너지를 저장하는 장치, 사용하는 장치 및/또는 변환하는 장치를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 형성하는 방법. - 제 24 항에 있어서,
폐루프 웰을 드릴링하는 단계는후속적으로 밀봉된 상기 지층 내에 추가적인 파쇄부 또는 틈을 유도하는 것을 특징으로 하는 웰을 형성하는 방법. - 드릴링 또는 파쇄 기술에 의해 형성된 파쇄된 섹션, 미고결 암석 및 지반 지층 내에서 모래 중 적어도 하나를 포함하는 웰을 수선하는 방법으로서,
상기 섹션에서 침전된 불투과성 계면을 형성할 수 있는 예비 화학 조성물을 추가함으로써 파쇄된 섹션, 미고결 암석 및 모래 중 적어도 하나의 웰 및 기공 공간을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 수선하는 방법. - 제 31 항에 있어서,
상기 계면을 추가로 밀봉하기 위하여 반응하지 않은 예비 화학 조성물을 침전시키도록 제 2 화학 조성물로써 상기 계면을 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 수선하는 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 예비 화학 조성물은 알칼리 규산염 유체인 것을 특징으로 하는 웰을 수선하는 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 알칼리 규산염 유체는 칼륨, 나트륨 및 알루미늄산 나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 수선하는 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 제 2 화학 조성물은 염화칼슘 염수, 산, CO2, 계면활성제 및 에스테르 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 수선하는 방법. - 드릴링 또는 파쇄 기술에 의해 형성된 파쇄된 섹션, 미고결 암석 및 지반 지층 내에서 모래 중 적어도 하나를 포함하는 웰을 수선하는 방법으로서,
상기 섹션에서 침전된 불투과성 계면을 형성할 수 있는 예비 화학 조성물을 추가함으로써 파쇄된 섹션, 미고결 암석 및 모래 중 적어도 하나의 웰 및 기공 공간을 처리하는 단계; 및
상기 계면을 추가로 밀봉하기 위하여 반응하지 않은 예비 화학 조성물을 침전시키기 위하여 제 2 화학 조성물로써 상기 계면을 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 수선하는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 예비 화학 조성물은 알칼리 규산염 유체인 것을 특징으로 하는 웰을 수선하는 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 알칼리 규산염 유체는 칼륨, 나트륨 및 알루미늄산 나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 수선하는 방법. - 드릴링 또는 파쇄 기술에 의해 형성된 파쇄된 섹션, 미고결 암석 및 지반 지층 내에서 모래 중 적어도 하나를 포함하는 웰을 수선하는 방법으로서,
상기 섹션에서 침전된 불투과성 계면을 형성할 수 있는 알칼리 규산염 조성물을 추가함으로써 파쇄된 섹션, 미고결 암석 및 모래 중 적어도 하나의 웰 및 기공 공간을 처리하는 단계; 및
상기 계면을 추가로 밀봉하기 위하여 반응하지 않은 알칼리 규산염 조성물을 침전시키기 위하여 제 2 화학 조성물로써 상기 계면을 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰을 수선하는 방법. - 파쇄물, 미고결 암석, 모래, 지열 웰의 밀봉된 폐루프에 유체 연통하는 입구 웰, 출구 웰 중 적어도 하나를 포함하는 지열 웰을 변환하는 방법으로서,
파쇄물, 미고결 암석 및 모래 중 적어도 하나에서, 입구 웰과 출구 웰 사이의 침전된 불투과성이며 열 전도성을 가지는 계면을 형성할 수 있는 예비 화학 조성물을 순환시키는 단계로서, 밀봉된 폐루프는 입구 웰, 출구 웰 및 그 사이의 영역 중 적어도 하나로 형성되는, 예비 화학 조성물을 순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 변환하는 방법. - 제 40 항에 있어서,
상기 계면을 추가로 밀봉하기 위하여 반응되지 않은 예비 화학 조성물을 침전시키도록 제 2 화학 조성물로써 상기 계면을 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 변환하는 방법. - 제 40 항에 있어서,
작동 유체의 순환시에 불투과성을 유지하도록 상기 계면과 반응할 수 있는 폐루프 내에서 상기 작동 유체를 순환시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 변환하는 방법. - 제 40 항에 있어서,
상기 폐루프 내에서 작동 유체를 연속적으로 순환시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 변환하는 방법. - 제 42 항에 있어서,
상기 작동 유체는 변화되는 방식으로 상기 루프 내에서 순환하게 되는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 변환하는 방법. - 제 44 항에 있어서,
상기 변화되는 방식은 정지 기간(period of quiescnece)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 변환하는 방법. - 제 40 항에 있어서,
상기 폐루프 내에서 순환하는 작동 유체로부터 열 에너지를 저장하는 장치, 사용하는 장치 및/또는 변환하는 장치를 설치하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 변환하는 방법. - 제 40 항에 있어서,
상기 입구 웰로부터 상기 출구 웰로 연속적인 웰 보어 루프를 형성하기 위하여 상기 입구 웰로부터 상기 출구 웰로 드릴링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 변환하는 방법. - 입구 웰과 출구 웰을 가지는 지열 웰을 형성하는 방법으로서,
상기 입구 웰과 상기 출구 웰 사이에서 개방 홀 웰 보어를 밀봉할 수 있는 드릴링 유체를 제공하는 단계; 및
상기 웰 보어의 내부와 주변 지층 사이에 불투과성 계면을 형성하도록 상기 개방 홀 웰 보어를 드릴링시에 밀봉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 형성하는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 계면에서 제 2 밀봉 작업을 유도하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 형성하는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 계면에서 제 3 밀봉 작업을 유도하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 웰을 형성하는 방법.
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