“Un perro viejo con nuevos trucos”: aplicando una profunda experiencia en hidrocarburos para mejorar las operaciones geotérmicas

Welltec staff at work (source: company)

carlos Jorquera 25 Nov 2020

Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), la generación de electricidad geotérmica aumentó aproximadamente un 3% en 2019. La tecnología aún no está en camino de alcanzar el nivel de Escenario de Desarrollo Sostenible (SDS) de la AIE, que requeriría un aumento anual del diez por ciento en generación entre 2019-30. La SDS de la AIE describe una gran transformación del sistema energético global, mostrando cómo el mundo puede cambiar de rumbo para cumplir los tres principales Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la ONU relacionados con la energía simultáneamente. Se necesitan políticas que aborden los desafíos asociados con los riesgos previos al desarrollo para aumentar el despliegue de recursos geotérmicos para la generación de energía.

Utilizando tecnología transferible para mejorar el desempeño geotérmico

Los proyectos geotérmicos suelen estar plagados de dificultades, ya que la naturaleza de alta presión y alta temperatura de un pozo establece un estándar increíblemente alto para lograr la integridad segura y confiable del pozo. Con muchas similitudes con la industria del petróleo y el gas, es posible aprovechar décadas de experiencia para ayudar a gestionar estos desafíos en los sistemas geotérmicos. Al igual que ocurre con el petróleo y el gas, los pozos geotérmicos requieren la perforación a cielo abierto, así como un cierto grado de cementación para lograr la integridad del revestimiento.

El principal desafío relacionado con los pozos geotérmicos es la temperatura, que a menudo es el doble que la de los pozos de petróleo y gas, lo que representa un serio desafío para la integridad del cemento durante el fraguado y, por lo tanto, también para la integridad del pozo. Además, debido al enfoque de a menudo apuntar a áreas del subsuelo con muchas fallas de formación, no se puede confiar en que el cemento proporcione integridad y aislamiento completos. Eso significa que se requiere un elemento secundario conocido como empaquetador para garantizar que se mantenga la integridad del pozo.

Esto es notablemente similar a un pozo de petróleo o gas, aunque hay una diferencia de tamaño: los pozos de petróleo y gas a menudo se construyen utilizando una variedad de tamaños de pozo, mientras que los sistemas geotérmicos dependen de diámetros más grandes para asegurar un flujo másico confiable para impulsar la turbina. eficientemente.

De los hidrocarburos a las renovables

Existen muchas similitudes entre los pozos tradicionales de petróleo y gas y los de la energía geotérmica. Los pozos de petróleo pueden ser extremadamente profundos; hasta la fecha, el más profundo se encuentra en el campo Tiber de BP en el Golfo de México a 10,668 metros de profundidad vertical. Cuando se considera la perforación vertical y horizontal (perforación direccional), el pozo Sakhalin en Rusia tiene una longitud de 14,900 metros.

La profundidad de los pozos geotérmicos varía dramáticamente según su región. En Filipinas e Islandia, los pozos tienden a ser bastante poco profundos, a menudo alrededor de dos kilómetros, lo que no es muy profundo. Cuando se observan lugares sin actividad volcánica como Finlandia, donde las rocas calientes no están cerca de la superficie, se puede requerir perforar a una profundidad de hasta seis kilómetros para alcanzar el calor suficiente.

Los pozos geotérmicos emplean perforación vertical y direccional. El requisito principal para un pozo geotérmico vertical es un sistema hidrotermal con suficiente agua/vapor y un subsuelo caliente.

En un país como Islandia, con abundancia de agua y vigorosa actividad volcánica, la perforación se realiza de forma vertical. Sin embargo, con un pozo vertical hay menos contacto con las rocas. En algunas de las actividades geotérmicas recientes en América del Norte, el calor de las rocas ha estado en el extremo inferior del umbral requerido, por lo que se necesita un pozo desviado para mantener el contacto; estos pozos tienen mucho en común con las operaciones de petróleo y gas. La solución óptima en tales situaciones sería un pozo horizontal, pero a pesar de las ventajas obvias y los numerosos esfuerzos, los pozos horizontales aún no se han establecido ampliamente en el entorno geotérmico.

¿Cuáles son los desafíos generales?

Una divergencia en la similitud comienza al considerar los desafíos con más detalle. Habiendo establecido la importancia de la temperatura dentro del sector geotérmico, esto también está relacionado con el desafío del ciclo térmico. Cuando un pozo comienza a producir agua caliente que se cierra en el pozo, la temperatura aumenta rápidamente provocando un proceso cíclico. Esto a menudo puede hacer que la carcasa se colapse, se abulte o se agriete, independientemente de su estado, ya sea corroído y dañado o nuevo.

El segundo desafío es el aislamiento de cualquier falla. Esta es una preocupación similar en las operaciones de petróleo y gas, aunque el problema se invierte. En el petróleo y el gas existe la necesidad de evitar que el agua o el gas entren en el flujo de hidrocarburos, mientras que en los pozos geotérmicos el requisito es asegurar que el fluido permanezca en la parte deseada de la formación.

Para explorar todo el potencial de la energía geotérmica, se requiere el uso de sistemas mejorados a mayores profundidades, ya que los sistemas geotérmicos convencionales se limitan a unos pocos puntos críticos geográficos en todo el mundo. Esto se ha contemplado durante años en forma de Hot Rock o Enhanced Geothermal Systems (EGS). Aquí es donde la experiencia de terminaciones de la industria del petróleo y el gas puede desempeñar un papel fundamental en la creación de sistemas horizontales con aislamiento zonal para aprovechar al máximo la conductividad térmica de entrenamiento.

Tecnología de packer avanzada

Otra faceta de la operación con la que están familiarizados todos los operadores de petróleo y gas es la regulación. A pesar de las diferencias entre las regiones, la experiencia global de la industria del petróleo y el gas puede ayudar a prevenir la migración no deseada de fluidos o gases a través de la litosfera en un contexto geotérmico, es decir, esto generalmente no está permitido como consecuencia de las operaciones.

Aquí es donde entran los empacadores. En el revestimiento de un pozo, se instala un empacador dentro del revestimiento y proporciona una base para el cemento para cubrir el revestimiento anterior que está dañado. Estos empacadores están específicamente modificados para aplicaciones geotérmicas, primero porque es vital que no haya volumen atrapado durante el revestimiento del empacador, y segundo para mitigar los ciclos térmicos extremos durante la vida útil de un pozo.

La segunda aplicación para los empacadores es la del aseguramiento del cemento. Esto es cuando se instala un empacador para aislar una zona de pérdida o una zona de alimentación fría, proporcionando nuevamente una base para el cemento. Esto esencialmente crea un sistema de estratos en el punto de la zona relevante para garantizar la integridad de la carcasa.

La mejor solución para tales aplicaciones es un empaquetador expandible completamente metálico. Es mucho más fuerte que un empacador con sellos de goma duraderos, que se usa ampliamente en la industria del petróleo y el gas. El empaquetador desechable totalmente metálico es más robusto y se puede girar para facilitar el proceso de instalación. La ventaja obvia es que, a diferencia de los empacadores de caucho, un empaquetador de metal es ideal para la aplicación geotérmica, ya que no pierde resistencia ni se funde, como a menudo se ha experimentado en la industria geotérmica.

Aprovechando la experiencia de los hidrocarburos: una historia de caso

En Filipinas, un operador de pozo geotérmico tuvo que cerrar uno de sus productores más prolíficos debido a la falla del revestimiento de 9 5/8” y la pérdida del revestimiento de producción ranurado de 7”, resultado de la corrosión ácida. La solución fue una barrera anular Welltec® (WAB®) que proporcionó la base para el soporte de presión a la columna de lechada de cemento colocada arriba, evitando que el cemento de curado se contamine. El 812WAB también ofrecería soporte de anclaje a la sarta de revestimiento en caso de contracción o expansión térmica durante las operaciones de producción o parada.

Para esta operación, se adaptó un 812WAB estándar para incorporar válvulas de aislamiento no elastoméricas y discos de ruptura para facilitar la purga en caso de acumulación de vapor a alta presión detrás de la carcasa. El 812WAB se hizo funcionar justo por encima del tubo de escape de la carcasa de 7” de alto CRA y se colocó dentro de la carcasa de 9 5/8” existente. Después de la instalación, se realizó una segunda etapa de cementación por encima del 812WAB instalado.

Durante el despliegue, el agua inundó el pozo para bajar la temperatura, la temperatura de producción total sería de 285° Celsius. El WAB adaptado sostuvo la columna de cemento durante el curado y evitó que el agua o el ácido libres contaminen el cemento o lleguen a la superficie. Esta fue la segunda vez que se utilizó un WAB para reactivar un pozo geotérmico.

La compañía operadora estima que un pozo nuevo habría costado más de $ 9 mm, y este éxito inicial ha llevado a la compra de 1214 y 812WAB adicionales para su implementación en pozos próximos para abordar el mismo problema.

Fuente:  Company release – ThinkGeoEnergy