Az IEA Geothermal (International Energy Agency) egy igen magvas áttekintő tanulmányt készített és tett közzé az új geotermikus fúrási technológiák folyamatban lévő fejlesztéséről, amelyek célja a közepes-mély és mély geotermikus erőforrások hozzáférhetőbbé tétele. A téma igen csak időszerű, hiszen a geotermikus szektor egyre nagyobb nyomás alatt áll, hogy csökkentse a fúrási költségeket és kockázatokat.
A fúrást régóta az egyik meghatározó költségelemként tartják számon geotermikus fejlesztések esetén. Az NLR (National Laboratory of Rockies – Sziklás-hegység Nemzeti Laboratóriuma) szerint a projektek teljes költségének 30-57%-át teheti ki. Az IEA tanulmány – egyetértve ezzel a megállapítással – hangsúlyozza, hogy új fúrási és kútépítési öltetek, megoldások szükségesek ahhoz, hogy az új generációs geotermikus rendszerek világszinten elterjedhessenek.
A tanulmány az új fúrási technológiákat kiterjedt portfólióként vázolja fel különböző megközelítésekből és célokkal. A dokumentum bemutatja a hagyományos, de továbbfejlesztett mechanikai fúrást, a hibrid fúrási rendszereket, valamint a nem mechanikai és az ún. közvetlenül a tározóval érintkező koncepciókat, amelyek mindegyike a földalatti erőforrásokhoz való hozzáférést elősegítő speciális technológiájú, újszerű fúrási megoldáson alapul.
Csak olyan technológiákat ismertetnek, amelyek legalább 5-ös becsült technológiai készenlétszintűek (TRL), dokumentált fejlesztési előzményekkel rendelkeznek, és nem régebbiek öt évnél.
A fúrási technológiák portfólióját összefoglaló táblázat:
Az első csoport a fejlett mechanikai fúrási módszereket fedi le. Ezek továbbra is a hagyományos kőtörésre épülnek, de jobb teljesítményt nyújtanak a fúrószerkezet, a fúrási mechanizmus vagy a fúrási mechanika változtatásával. Az ütvefúrás például már bevett gyakorlat a közepes mélységű kutak piacán, míg az elektroimpulzusos rendszereknek még nincs kereskedelmi alkalmazása. A gyakorlatban ez az első csoport a legközvetlenebb út a meglévő geotermikus fúrási munkafolyamatok javítására, mivel a fúróipar által már ismert módszerekre épül.
Az áttekintésben a második csoport hibrid rendszerei – amelyek két vagy több fúrási mechanizmust kombinálnak, hogy leküzdjék a hagyományos fúrás korlátait kemény kőzetekben – nagy figyelmet kapnak hatékonyságuk és a meglévő fúrási infrastruktúrába való utólagos beépítés lehetősége miatt. Reprezentatív példa a nagynyomású vízsugaras és az ütvefúrás kombinációja, vagy a plazmaimpulzus fúrás hagyományos mechanikai módszerekkel kombinálva.
A harmadik csoport a nem mechanikai fúrást foglalja magában, amelyet néha tágabb értelemben közvetlen energia-fúrásnak neveznek. Ezek a technológiák energiabevitellel törik, gyengítik vagy távolítják el a kőzetet. Ez a csoport néhány radikálisabb geotermikus fúrási koncepciót foglal magában, amelyek mélyebb és keményebb formációkban is eredményesek.
A negyedik csoport az olyan fúrás-alapú módszereket képviseli, amelyek nagy sebességű fúrással vagy mechanikai megközelítésekkel javíthatják a kúttermelékenységet a geotermikus projektekben.
Példálózva néhány legújabb fejlesztés, amely javította a geotermikus energia kinyerését mély és kemény kőzetképződményekből.
- A Utah Forge projekt részeként kifejlesztett és a Fervo Energy által tovább optimalizált hagyományos forgófúró rendszerek hatékonynak bizonyultak a forró, mély gránit környezetben.
- Az olyan cégek, mint az Eavor, ezeket a forgófúró koncepciókat felhasználták bizonyos típusú mészköveknél, amikor a szerszám élettartamának meghosszabbítása és a fúrási sebesség további növelése érdekében fejlett hűtési technikákat is vizsgáltak.
- A Hephae a fejlesztéseit a magas hőmérsékletű elektronikára összpontosította irányított fúráshoz, illetve a fúrás közbeni mérésekhez, amelyek elengedhetetlenek a forró és ultramély kutaknál.
- Az ütvefúrás, amely hagyományosan nagyon hatékony a kemény kőzetekben, továbbra is a fejlesztés fókuszterülete, hogy a lehetséges fúrási mélységeket a közepes tartományon (~2000 m) túl is kiterjesszék. A folyamatban lévő innovációk közé tartozik a pneumatikus kalapácsok hidraulikus hajtásokkal való helyettesítése, továbbá az ütvefúrás integrálása a PDC nyíróhatásokkal hibrid rendszerekhez.
- Az olyan cégek, mint a Borobotics és a HammerDrum, kompakt hidraulikus kalapácsmegoldásokat fejlesztenek, amelyek kompakt kialakításuknak, elektromos meghajtásuknak és csendes működésüknek köszönhetően különösen alkalmasak városi környezetben.
- A Geomachine 2000 (GM2000) az automatizált, mobil fúróberendezések példája a közepes mélységű geotermikus kemény kőzetfúráshoz, sikeres telepítésekkel a QHeat-tel együttműködve.
- Az elektroimpulzus/plazmaimpulzus fúrórendszerek ígéretes jövőbeli irányt jelentenek, mivel képesek hatékonyan aprítani a kemény kőzetet minimális mechanikai rendszerkopással. Ezek a technológiák még mindig prototípus vagy laboratóriumi tesztelési fázisban vannak, de jelentős potenciáljuk van a mély és ultramély fúrási projektekben, elsősorban a hosszú élettartamuk és a közepes fúrási sebesség melletti csökkent kioldási igényük miatt. Az alacsony fajlagos energiaigény miatt az impulzusos plazmarendszerek jól illeszkednek a fúrófej-egységbe való teljes integrációhoz. Számos átfogó projekt (DEEPLIGHT, AEGIS-CH, RePED250) hajt végre prototípus-fejlesztéseket az iparral (Royal IHC, NewDrillTec, Tetra Cooperation) és az akadémiai szférával (TU Delft) együttműködve különféle impulzusgenerátor-tervek és fúrólyuk-integrációs koncepciók terén. Ezek a projektek és vállalatok a tisztán elektroimpulzusos megoldásaikat fejlesztik. Hasonlóképpen a Telura, egy új startup, egy tisztán impulzusos plazma furatkészítő koncepciót visz előre.
- Ezzel szemben a GA Drilling és az I-Pulse hibrid koncepciókon dolgozik a plazmaképző elektródák PDC fúrófejekbe való integrálására.
- A termikus fúrási módszerek, beleértve a lézert (Deep-U), milliméteres hullámú (Quaise), lángsugaras (ETHZ GEG) és plazmasugaras (GA Drilling) eljárásokat is, fejlesztés alatt állnak. Ezek a módszerek a fúrófej és speciális fúrósorokhoz nagy sűrűségű energiaellátását igénylik. Bár minden fejlesztés bebizonyította a hatékony kőzeteltávolítást sekély mélységben vagy nagyméretű laboratóriumi kísérletekben, ezeknek a technológiáknak a mélyebb műveletekre való skálázása folyamatban van. Ezen módszerek fő előnye – hasonlóan az impulzusos plazmarendszerekhez – az érintkezésmentes fúrási hatásuk, amely csökkenti a mechanikai kopást, és támogatja a hosszú szakaszok folyamatos fúrását. Megfelelő teljesítményleadással (MW-os tartomány) a termikus fúrórendszerek nagy behatolási sebességet tudnak elérni kemény kőzetben.
- A részecskeütközéses fúrási megoldások (PDT és Canopus) a hagyományos fúrórendszereket a fúrófolyadékhoz történő acélsörét hozzáadásával javítják, ezáltal meghosszabbítva a PDC fúrófejek kemény kőzetfúrási kapacitását és hosszúságát. Mindkét vállalat prototípusokat készített és terepi tesztelést végzett sekély környezetben. A Canopus úttörő szerepet játszott egy új fúrófej-irányítási technológia kidolgozásában is, amely modulált acélsörét-koncentrációkat használ az irányvezérléshez.
- A geotermikus fúrásautomatizálás fejlesztések kihasználják az olaj- és gázipar technológiai fejlődését, beleértve a fúróberendezések gépesítését, az érzékelők integrációját és a fejlett döntéstámogató rendszereket.
- A gépi tanulási alkalmazások, mint például az OptiDrill és az Utah FORGE projektekben megvalósítottak, valós idejű működési útmutatást és optimalizálást nyújtanak korábbi fúrási tevékenységek során szerzett kútadatok felhasználásával, ezáltal növelve a hatékonyságot és tovább csökkentve a kockázatokat.
- A városi geotermikus projektek a Borobotics és a HammerDrum által fejlesztett moduláris, mobil és automatizált fúróberendezéseket használhatják, amelyeket a minimális helyigény, alacsony környezeti terhelés (kibocsátás) jellemez, köszönhetően elsősorban a villamos hajtások alkalmazásának.
A tanulmány a fúrási technológiák mellett kitér a kiegészítő műveletekre is, mint pl. a béléscsövezés és a cementálás. Bár ezek a teljes kútépítési költségen belül jelentős hányadot érhetnek el, az ez irányú kutatások, műszaki fejlesztések nem igazán indultak még be.
Az áttekintés végén található egy összefoglaló katalógus is, amely összegzi az egyes technológiák alkalmazási területét és fejlesztési állapotát.
Az új geotermikus fúrási technológiák portfóliós megközelítése fontos elemzés a szélesebb iparág számára, mivel valósághűen tükrözi, hogy a fúrási kihívások – a különböző geológiai környezet, célmélységek, hőmérsékletek és nyomások, valamint a projektek céljai – nagyon eltérhetnek. Ezért a geotermikus fúrás jövője nem egyetlen áttöréstől függ.
A fejlett mechanikai és hibrid rendszerek, a nem mechanikai módszerek mind alkalmasak a probléma különböző részeire. Vannak, aki kemény kőzetben a fúrási teljesítmény növelését célozták meg. Mások a bonyolultabb kútgeometriák lehetővé tételére vagy a tározóhoz való hozzáférés javítására összpontosítanak. Néhányan megpróbálják teljesen leküzdeni a hagyományos (fúrófejes) fúrás korlátait. Egyes megközelítések megnövelhetik a szerszámok élettartamát, mások segíthetnek javítani a termelékenységet, stb., stb. Így a terület inkább egy széles innovációs környezetként írható le, mintsem technológiai versenyként. Nagyon úgy tűnik, hogy az iparág számára a megfelelő gyakorlati út több különböző műszaki fejlesztés eredményeként érhető majd el. A fúrási eszközök és technológiák sokszínű eszköztára által biztosított fejlesztések együttesen fokozatos változást hozhatnak a fúrási költségek optimalizálásában, és jobb gazdaságosságot eredményezhetnek a geotermikus projektek számára.
Az Új fúrási technológiák áttekintése közepes-mély és mély geotermikus erőforrások fejlesztéséhez című tanulmány elérhető itt.