Por qué la estimulación multietapas podría transformar la industria geométrica
La energía geotérmica es «tener un momento». Ha sido parte de la combinación energética mundial durante muchas décadas, pero el crecimiento ha sido limitado por el número relativamente limitado de sitios con condiciones geológicas óptimas. Las tecnologías desarrolladas en el sector del petróleo y el gas tienen el potencial de superar estas limitaciones y desbloquear un aumento dramático de la producción geotérmica en los Estados Unidos y en todo el mundo. El éxito está lejos de ser seguro, pero con el entusiasmo, el ingenio y el capital que fluye hacia estas tecnologías, hay una oportunidad realista de éxito revolucionario.
La energía geotérmica viene en una variedad de sabores, desde sistemas de bomba de calor poco profundos utilizados para calefacción y refrigeración residencial hasta pozos profundos y calientes perforados para la producción de electricidad. Si bien existen oportunidades en todo este espectro, esta columna se refiere específicamente a la perforación de pozos profundos y de alta temperatura para la producción de electricidad.
El caudal es un gran desafío para la geotermia. El contenido de energía de un barril de agua caliente es mucho menor que el contenido de energía de un barril de petróleo. Por lo tanto, para lograr la rentabilidad, los pozos geotérmicos deben producir el equivalente a decenas de miles de barriles de agua o vapor por día. En gran parte del oeste de los Estados Unidos, las temperaturas son lo suficientemente altas como para la producción de electricidad geotérmica dentro de una profundidad de perforación razonable. Sin embargo, en ausencia de condiciones geológicas especiales de un sistema hidrotermal, los pozos generalmente no pueden producir una tasa suficiente.
Desde la década de 1970, la estimulación hidráulica se ha probado como una forma de aumentar el caudal por pozo. Los diseños utilizan pozos de inyección y productores, con fluido que se calienta a medida que circula entre los pozos. Si los ingenieros pudieran usar la estimulación para lograr consistentemente altas tasas de flujo, se desbloquearía un vasto recurso. El informe GeoVision 2019 del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) estima que se podrían producir más de 60 GWe en los Estados Unidos para 2050.
Hasta la fecha, el éxito con la estimulación hidráulica ha sido limitado. Convencionalmente, los pozos geotérmicos se han perforado verticalmente y luego se han estimulado inyectando solo agua (sin proppant) en una sola sección de agujero abierto (sin usar múltiples etapas). Los ingenieros han esperado que el agua inyectada estimule una densa red de fracturas naturales, con una gran cantidad de área de superficie y conductividad de fractura. Estos diseños pueden producir un éxito modesto porque los pozos geotérmicos generalmente se perforan en roca de alta resistencia en el sótano cristalino, por lo que las fracturas tienen una considerable capacidad de autoajuste. Sin embargo, en lugar de crear una red densa, el flujo tiende a localizarse en un pequeño número de vías de flujo dominantes. Sin un gran número de vías de flujo, los embalses carecen de la capacidad de mantener una alta velocidad y están sujetos a cortocircuitos térmicos que reducen prematuramente la temperatura de producción.
Afortunadamente, problemas similares han sido encontrados y resueltos por la industria del esquisto. La revolución del esquisto se desbloqueó mediante la aplicación de la fracturación hidráulica multietapa a lo largo de pozos horizontales. El aislamiento mecánico permite la inyección secuencial en secciones del pozo. Dentro de cada etapa, la caída de presión de perforación se utiliza para forzar que el fluido fluya hacia múltiples vías a lo largo del pozo. Los grupos de perforación están estrechamente espaciados, generalmente de 10 a 50 pies. Estudios recientes confirman que la estimulación está creando cientos o miles de fracturas conductoras a lo largo de cada lateral fracturado.
Los primeros diseños de esquisto utilizaban grupos de perforación ampliamente espaciados o sistemas de empaquetadoras hinchables de agujero abierto y utilizaban volúmenes relativamente pequeños de proppant. Análogamente al pensamiento tradicional de la industria geotérmica, había una esperanza de que la inyección de agua crearía naturalmente una red de fractura densa y bien conectada.
Pero en la última década, la experiencia de campo y el diagnóstico han cambiado el pensamiento de la industria. Los estudios de núcleo y la fibra compensada muestran fracturas hidráulicas orientadas consistentemente que se propagan en bandas relativamente estrechas. Los resultados de producción han llevado al abandono de los diseños de pozo abierto en favor de los diseños de entrada limitada. En lugar de esperar que una red de fracturas compleja se forme naturalmente a partir de la inyección, los ingenieros utilizan tecnologías para distribuir el flujo y forzar la formación de una gran cantidad de fracturas.
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