Impacto dos desvios do trajeto do furo na eficiência de um sistema de armazenamento geotérmico de média profundidade: Estudo de caso do local de demonstração SKEWS MD-BTES
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Matthias Krusemark, Lukas Seib, Max Ohagen, Bastian Welsch, Hung Tien Pham, Ingo Sass (2025). Impact of borehole path deviations on the efficiency of a medium-deep geothermal storage system: Case study of the SKEWS MD-BTES Demosite. ScienceDirect, Journal of Energy Storage,Volume 125, 30 July 2025, 116959 – (link)
Título
Impact of borehole path deviations on the efficiency of a medium-deep geothermal storage system: Case study of the SKEWS MD-BTES Demosite
(Impacto dos desvios do trajeto do furo na eficiência de um sistema de armazenamento geotérmico de média profundidade: Estudo de caso do local de demonstração SKEWS MD-BTES)
Resumo
Underground heat storage applications such as Medium Deep Borehole Thermal Energy Storage (MD-BTES) systems are a promising approach for reducing greenhouse gas emissions. In MD-BTES, approx. 20 to 40 Borehole Heat Exchangers (BHE) are strategically arranged at 5-m intervals, reaching depths of 400–1000 m. The first MD-BTES was constructed on the Lichtwiese campus of the Technical University of Darmstadt in 2022 to validate its technological feasibility and evaluate its economic and environmental impacts through scientific test cycles. A major challenge during construction was maintaining borehole verticality without the use of expensive directional drilling technology, to prevent borehole collisions and efficiency losses. However, gyroscopic measurements post-drilling indicated average deviations from verticality ranging between 3° and 5°.
Numerical simulations using Feflow 8.0 with favourable and unfavourable scenarios and different storage configurations demonstrated that borehole path deviations significantly affect outlet temperatures during heat discharge, the amount of heat stored and extracted, and overall storage efficiency. After 30 years of operation with inlet temperatures of 90 °C/30 °C (charging/discharging), deviations of 0–12° in the unfavourable scenario could result in 3–10 °C lower outlet temperatures during discharge and efficiency losses of 5–38 %. Conversely, in the favourable scenario, borehole path deviations had no significant impact on storage performance if all BHEs deviated in the same direction. These results enable the estimation of potential performance losses based on borehole path deviations, facilitating an economic comparison between the expected performance losses and the costs of employing directional drilling technology.
This study underscores the importance of developing cost-effective vertical drilling techniques for MD-BTES construction, which can play an important role in meeting climate protection targets.
Aplicações de armazenamento subterrâneo de calor, como os sistemas de armazenamento de energia térmica em poços médios profundos (MD-BTES), são uma abordagem promissora para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. No MD-BTES, aproximadamente 20 a 40 trocadores de calor de poço (BHE) são estrategicamente dispostos em intervalos de 5 m, atingindo profundidades de 400 a 1000 m. O primeiro MD-BTES foi construído no campus Lichtwiese da Universidade Técnica de Darmstadt em 2022 para validar sua viabilidade tecnológica e avaliar seus impactos econômicos e ambientais por meio de ciclos de testes científicos. Um grande desafio durante a construção foi manter a verticalidade dos poços sem o uso de tecnologia de perfuração direcional cara, para evitar colisões entre os poços e perdas de eficiência. No entanto, medições giroscópicas pós-perfuração indicaram desvios médios da verticalidade variando entre 3° e 5°.
Simulações numéricas usando o Feflow 8.0 com cenários favoráveis e desfavoráveis e diferentes configurações de armazenamento demonstraram que os desvios do trajeto do poço afetam significativamente as temperaturas de saída durante a descarga de calor, a quantidade de calor armazenado e extraído e a eficiência geral do armazenamento. Após 30 anos de operação com temperaturas de entrada de 90 °C/30 °C (carga/descarga), desvios de 0 a 12° no cenário desfavorável poderiam resultar em temperaturas de saída 3 a 10 °C mais baixas durante a descarga e perdas de eficiência de 5 a 38 %. Por outro lado, no cenário favorável, os desvios do trajeto do poço não tiveram impacto significativo no desempenho do armazenamento se todos os BHEs se desviassem na mesma direção. Esses resultados permitem a estimativa de potenciais perdas de desempenho com base nos desvios do trajeto do poço, facilitando uma comparação econômica entre as perdas de desempenho esperadas e os custos da utilização da tecnologia de perfuração direcional.
Este estudo ressalta a importância de desenvolver técnicas de perfuração vertical econômicas para a construção de MD-BTES, que podem desempenhar um papel importante no cumprimento das metas de proteção climática.
