Otimização da localização de poços para exploração de energia geotérmica em grande escala, considerando os processos hidrotermais naturais na Bacia de Gonghe, China
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Siyu Zhang, Zhenjiao Jiang, Shengsheng Zhang, Qixing Zhang, Guanhong Feng (2021). Well placement optimization for large-scale geothermal energy exploitation considering nature hydro-thermal processes in the Gonghe Basin, China. ScienceDirect, Journal of Cleaner Production, Volume 317, 1 October 2021, 128391 – (link)
Título
Well placement optimization for large-scale geothermal energy exploitation considering nature hydro-thermal processes in the Gonghe Basin, China
(Otimização da localização de poços para exploração de energia geotérmica em grande escala, considerando os processos hidrotermais naturais na Bacia de Gonghe, China)
Resumo
Doublet well system composed by extraction and injection wells is widely used for heat production from deep geothermal reservoirs. The large-scale implementation of doublet well systems lead to hydro-thermal interaction with the natural hydro-thermal flow system; this affects heat production efficiency and sustainable management of geothermal energy and groundwater resources. However, the interaction between artificial operations and nature hydro-thermal status was seldom considered in the well placement optimization. In this study, the natural status of hydro-thermal flow was determined by fitting numerical modeling output to the groundwater level and temperature observations, in a realistic site of the Gonghe Basin, China. The well separation and relative position were then optimized against background water flow direction. It was found that a well separation of 1200 m with the injection well located upstream (south) to the extraction well can maximize the volume of injected water entering extraction well, without influence on the outflow temperature. Based on this finding, we further compared the effects of “extensive well placement” where the wells were located sparsely in entire geothermal field, and “intensive well placement” where the wells were located centrally in a local region. The calculation showed that the performance of intensive well placement was superior to extensive well placement with higher outflow temperature and lower interruption in groundwater levels. Further optimization of intensive well placement resulted in the outflow temperature higher than 92 °C under the total outflow rate of 30,000 m3/d for 30 years, and the groundwater level changes can be controlled below 6.0 m. The multiple-step well placement optimization approach and novel intensive heat production mode regarding nature status of hydro-thermal flow in geothermal reservoirs, provides important reference to the other geothermal field for large-scale geothermal exploitation.
O sistema de poços duplos composto por poços de extração e injeção é amplamente utilizado para a produção de calor a partir de reservatórios geotérmicos profundos. A implementação em grande escala de sistemas de poços duplos leva à interação hidrotérmica com o sistema natural de fluxo hidrotérmico, o que afeta a eficiência da produção de calor e a gestão sustentável da energia geotérmica e dos recursos hídricos subterrâneos. No entanto, a interação entre as operações artificiais e o estado hidrotérmico natural raramente era considerada na otimização da localização dos poços. Neste estudo, o estado natural do fluxo hidrotermal foi determinado ajustando os resultados da modelagem numérica às observações do nível e da temperatura das águas subterrâneas, em um local realista da Bacia de Gonghe, na China. A separação entre os poços e a posição relativa foram então otimizadas em relação à direção do fluxo de água de fundo. Verificou-se que uma separação entre os poços de 1200 m, com o poço de injeção localizado a montante (sul) do poço de extração, pode maximizar o volume de água injetada que entra no poço de extração, sem influenciar a temperatura de saída. Com base nesta constatação, comparamos ainda os efeitos da “localização extensiva dos poços”, em que os poços estavam localizados de forma esparsa em todo o campo geotérmico, e da “localização intensiva dos poços”, em que os poços estavam localizados centralmente numa região local. O cálculo mostrou que o desempenho da colocação intensiva de poços era superior à colocação extensiva, com temperatura de saída mais alta e menor interrupção nos níveis de água subterrânea. A otimização adicional da colocação intensiva de poços resultou em uma temperatura de saída superior a 92 °C sob a taxa de vazão total de 30.000 m3/d por 30 anos, e as mudanças no nível da água subterrânea podem ser controladas abaixo de 6,0 m. A abordagem de otimização da colocação de poços em várias etapas e o novo modo de produção intensiva de calor em relação ao estado natural do fluxo hidrotérmico em reservatórios geotérmicos fornecem uma referência importante para outros campos geotérmicos para a exploração geotérmica em grande escala.
