Estudo sobre o desempenho da extração de calor do sistema múltiplo-duplo em aquíferos sedimentares quentes: Estudo de caso do campo geotérmico de Xianyang, noroeste da China
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Tingting Ke, Shaopeng Huang, Wei Xu, Xuxiang Li (2021). Study on heat extraction performance of multiple-doublet system in Hot Sedimentary Aquifers: Case study from the Xianyang geothermal field, Northwest China. ScienceDirect, Geothermics, Volume 94, July 2021, 102131 – (link)
Título
Study on heat extraction performance of multiple-doublet system in Hot Sedimentary Aquifers: Case study from the Xianyang geothermal field, Northwest China
(Estudo sobre o desempenho da extração de calor do sistema múltiplo-duplo em aquíferos sedimentares quentes: Estudo de caso do campo geotérmico de Xianyang, noroeste da China)
Resumo
Hot Sedimentary Aquifers (HSA) are often rich in geothermal resources that are particularly suitable for direct-use. Fully understanding the effect of well layout and primary geological /human-controlled parameters in a multiple-doublet system on the fluid flow and heat transfer processes is imperative to achieve efficient heat extraction in HSA. In this study, two multiple-doublet layouts, chosen by considering the natural groundwater flow direction, reinjection-well-led (R-led) scenario and production-well-led (P-led) scenario, are proposed. Their heat extraction performance in hot sedimentary reservoir models based on Xianyang geothermal field in the Guanzhong Basin, Northwest China is systematically investigated using the coupled thermal-hydraulic modeling and economic analysis. Results indicate that thermal breakthrough occurs earlier in the production zone when the reinjection induced artificial flow is in the same direction as the natural flow. Under the P-led scenario, which is superior to the R-led scenario in preventing premature thermal breakthrough and lowering the Levelized Cost of Heat (LCOH), the doublet lifetime and energy production are increased by up to 36% and 33%, respectively. The optimization of multiple-doublet layout can improve energy recovery in reservoirs with greater permeability. In the case of the minimal negative interference of the natural flow field and adjacent geothermal production, the energy production can be increased by up to 2.2 times. Furthermore, due to the integrated effects of the higher energy production and larger initial investment in the deeper reservoir, the LCOH and its dependence on well depth decrease with reservoir depth. Sensitivity analysis highlights that a 10% decrease in the drilling cost can lower the LCOH by 6.4% for the deepest reservoir. This study will contribute to the optimization of the design of multiple-doublet systems for efficient geothermal exploitation in HSA.
Os aquíferos sedimentares quentes (HSA) são frequentemente ricos em recursos geotérmicos que são particularmente adequados para uso direto. Compreender totalmente o efeito do layout do poço e dos parâmetros geológicos primários/controlados pelo homem em um sistema de múltiplos duplos nos processos de fluxo de fluidos e transferência de calor é imperativo para alcançar uma extração de calor eficiente em HSA. Neste estudo, são propostos dois layouts de duplos múltiplos, escolhidos considerando a direção natural do fluxo de água subterrânea, o cenário liderado por poços de reinjeção (R-led) e o cenário liderado por poços de produção (P-led). Seu desempenho de extração de calor em modelos de reservatórios sedimentares quentes baseados no campo geotérmico de Xianyang, na Bacia de Guanzhong, noroeste da China, é investigado sistematicamente usando modelagem termohidráulica acoplada e análise econômica. Os resultados indicam que a ruptura térmica ocorre mais cedo na zona de produção quando o fluxo artificial induzido pela reinjeção está na mesma direção que o fluxo natural. No cenário P-led, que é superior ao cenário R-led na prevenção da ruptura térmica prematura e na redução do custo nivelado do calor (LCOH), a vida útil do duplo e a produção de energia aumentam em até 36% e 33%, respectivamente. A otimização do layout de duplos múltiplos pode melhorar a recuperação de energia em reservatórios com maior permeabilidade. No caso de interferência negativa mínima do campo de fluxo natural e da produção geotérmica adjacente, a produção de energia pode ser aumentada em até 2,2 vezes. Além disso, devido aos efeitos integrados da maior produção de energia e do maior investimento inicial no reservatório mais profundo, o LCOH e sua dependência da profundidade do poço diminuem com a profundidade do reservatório. A análise de sensibilidade destaca que uma redução de 10% no custo de perfuração pode diminuir o LCOH em 6,4% para o reservatório mais profundo. Este estudo contribuirá para a otimização do projeto de sistemas múltiplos duplos para a exploração geotérmica eficiente em HSA.
