Ảnh minh họa

Chất lỏng khoan/Hạn chế của dụng cụ do nhiệt độ và áp suất

Những thách thức chung liên quan đến chất lỏng địa nhiệt nhiệt độ cao bao gồm tính chất ăn mòn của chất lỏng và vấn đề kết tủa thường được gọi là “sự co giãn”. Sự hiện diện của hydrogen sulphide (H2S) đặt ra yêu cầu sử dụng các ống khoan và dây khoan nặng hơn, vì các loại nhẹ hơn dễ bị nứt do ứng suất sulphide (SSCC). Một chuyên gia đã so sánh các điều kiện đầy thách thức của địa nhiệt khoan tới các giếng dầu và khí đốt sâu tới 20.000 feet, điều này nhấn mạnh một số môi trường địa nhiệt nhất định có thể còn khắc nghiệt hơn. Môi trường địa nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ cao và độ mài mòn của việc khoan bằng hệ thống không khí hoặc sục khí thường xuyên dẫn đến sự hao mòn đáng kể, điều này ảnh hưởng đến hầu hết các bộ phận trong hoạt động khoan địa nhiệt, bao gồm các bộ phận máy bơm, màn chắn máy sàng rung, ống khoan đòi hỏi phải có vòng đai đeo cứng vonfram đắt tiền và vòng đệm khoan. Một chuyên gia cho biết, chi phí đầu tư cho các giếng địa nhiệt cao gấp bốn giếng dầu và khí đốt, đồng thời ước tính tuổi thọ vòng đệm khoan và ống khoan trong giếng địa nhiệt cũng chỉ bằng 1/5 so với giếng dầu và khí đốt. Giới hạn nhiệt của dụng cụ khoan định hướng vẫn là một thách thức lớn, trong khi đó, việc thăm dò và phát triển địa nhiệt rõ ràng có thể được hưởng lợi từ việc khoan xiên ngang để cắt các vết nứt không thẳng đứng một cách tốt hơn song các hệ thống điện tử và MWD chịu được nhiệt độ cao cũng sẽ được yêu cầu. (Denninger và cộng sự, 2015).

Theo Purba, D. và cộng sự, 2022, hiện có 10 vấn đề phổ biến trong khoan địa nhiệt được thu thập từ các nghiên cứu từ năm 2000 đến những năm gần đây, bao gồm: Sự biến mất của lớp hoàn lưu, lớp đất sét trương nở, môi trường acidic, phaleosol là loại đất cổ, mũ ngăn hơi nước, sự hình thành không ổn định, nhiều bẫy khí, hình thành sự hao mòn, H2S và nhiệt độ cao và chác chất phụ gia.

Lưu thông tổn thất

Một địa điểm sản xuất địa nhiệt tối ưu thường có các thành tạo bị nứt nẻ cao, thường đi kèm với khả năng bị mất hoàn lưu cao. Để giải quyết hiệu quả vấn đề này đòi hỏi phải chủ động dự đoán và chuẩn bị, bao gồm việc xây dựng công thức bùn khoan cẩn thận, với đặc tính phù hợp và được chuẩn bị đủ khối lượng. Bất chấp các biện pháp chủ động, những thay đổi không lường trước được trong quá trình hình thành có thể dẫn đến tổn thất đáng kể hơn trong quá trình khoan, cần kết hợp các vật liệu hoàn lưu bị thất thoát cụ thể để ứng phó với những thách thức bất ngờ.

Việc không giải quyết kịp thời sự tổn thất có thể dẫn đến việc tạo ra các vết nứt lớn hơn và dài hơn. Đáng chú ý là áp lực cần thiết để lan truyền một vết nứt thường thấp hơn so với lúc bắt đầu. Điều quan trọng là phải nhận ra rằng cả độ xốp ban đầu và độ xốp cảm ứng đều góp phần vào sự xuất hiện sự tổn thất. Trong giếng địa nhiệt, làm mát giếng phải được thực hiện trong suốt quá trình khoan với lượng dung dịch khoan thất thoát hoàn toàn, vượt quá 16m3/giờ, có thể xảy ra do các yếu tố khác nhau như sự hình thành bánh lọc (filter cake) không đầy đủ và chênh lệch áp suất cao. Trong khi tổng tổn thất trong các giếng địa nhiệt cho thấy tiềm năng sản xuất tích cực song chúng cũng gây ra những phức tạp trong việc khoan. Hậu quả bao gồm tăng thời gian phi sản xuất, không đủ áp suất thủy tĩnh, thất thoát bùn và vật liệu, phương pháp khoan đắt tiền, giếng không ổn định và thông tin cắt giảm kém.

Kẹt ống khoan-Sự cố dính chênh lệch do chênh lệch áp suất giếng khoan

Do các mục tiêu khoan địa nhiệt bị mất vùng hoàn lưu ở độ sâu hồ bể chứa nên khả năng sự cố đường ống bị kẹt xảy ra sẽ cao hơn, điều này nhấn mạnh các sự kiện dẫn đến đường ống bị kẹt đã nổi lên như một nguyên nhân chính gây ra thời gian phi sản xuất (NPT) và các chi phí liên quan trong các dự án khoan địa nhiệt. Sự hoàn lưu bị thất thoát đã gây ra sự suy giảm áp suất thủy tĩnh trong giếng, với sự chênh lệch áp suất được định nghĩa là khoảng cách giữa áp suất thủy tĩnh trong giếng và áp suất thành hệ là nhân tố chính gây ra hiện tượng dính chênh lệch. Áp suất chênh lệch đáng kể khi buộc dây khoan có thể thường diễn ra ở khoảng không vành xuyến giữa cột cần khoan và ống chống hoặc thành giếng khoan xảy ra khi dung dịch có độ nhớt lớn, do độ dốc áp suất lớn (Makuk, 2013). Do đó, trong các tình huống đường ống bị kẹt, việc quản lý chênh lệch áp suất cẩn thận là điều cần thiết để giảm thiểu rủi ro liên quan đến đường ống bị kẹt trong quá trình khoan địa nhiệt.

Nâng cao hiệu quả khoan

Quá trình khoan giếng địa nhiệt có thể vừa tốn kém vừa tốn thời gian, làm nổi bật tầm quan trọng của việc tối ưu hóa và giám sát chặt chẽ các quy trình khoan để cải thiện hiệu suất và lợi nhuận của giếng. Tối ưu hóa khoan bao gồm việc sử dụng và kết hợp phần mềm tiên tiến và kỹ thuật mô hình hóa trong suốt quá trình xây dựng giếng; từ lập kế hoạch và thiết kế chi tiết đến thực hiện khoan bằng cách xác định đường đi của giếng, vỏ và các thông số khoan cũng như liên quan đến việc mô phỏng và đánh giá các kịch bản khác nhau và rủi ro tiềm ẩn, cùng với việc triển khai các cảm biến và thiết bị để thu thập và phân tích dữ liệu thời gian thực liên quan đến điều kiện khoan, bao gồm các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, độ sâu, tốc độ thâm nhập, mô-men xoắn và độ rung. Sự tích hợp tối ưu hóa khoan và giám sát nhằm nâng cao độ chính xác, an toàn, độ tin cậy và hiệu quả khoan đồng thời tạo điều kiện cho việc xác định kịp thời và giải quyết mọi thách thức hoặc sai lệch có thể phát sinh.

Khi phân tích thời gian vận hành và độ sâu, Denninger et al. (2015) đã nhấn mạnh sự khác biệt về độ sâu so với những ngày (days) giữa thời điểm tốt nhất giếng địa nhiệt so với giếng dầu tốt nhất. Để thu hẹp khoảng cách, tốc độ thâm nhập (rate of penetration-ROP), tuổi thọ bit và tổn thất bùn là các yếu tố cần xem xét rất quan trọng. Trong trường hợp này, động lực khoan và các thông số khoan theo lộ trình thích hợp có thể nâng cao ROP, hướng nhiều năng lượng hơn hướng tới sự phá hủy đá thay vì tiêu tán năng lượng này dưới dạng các rung động không mong muốn và mô-men xoắn cao.

Nhận diện thách thức

- Đặc tính hồ chứa: Việc hiểu và mô tả đặc điểm các hồ chứa địa nhiệt đặt ra những thách thức đặc biệt so với dầu mỏ và các bể chứa khí. Các bể chứa địa nhiệt liên quan đến sự hình thành địa chất phức tạp với các cơ chế truyền nhiệt khác nhau, việc xác định đặc tính và lập mô hình hồ chứa chính xác là rất quan trọng nhưng vẫn còn nhiều thách thức.

- Dung dịch khoan và hóa học bùn: Sự phát triển của dung dịch khoan được tùy chỉnh cho các điều kiện và nhu cầu địa nhiệt, xem xét địa hóa cụ thể của các thành tạo, vẫn đang tiếp tục nghiên cứu. Không giống như khoan dầu khí, nơi tiêu chuẩn công thức bùn đã được thiết lập tốt, việc khoan địa nhiệt đòi hỏi chất lỏng có thể chịu được nhiệt độ cao và ăn mòn trong khi vẫn có thể xử lý được trong các tình huống như mất lưu thông.

- Công nghệ bản sao số cho giếng địa nhiệt: Công nghệ bản sao số, được sử dụng rộng rãi trong dầu khí, là một lĩnh vực khoan địa nhiệt có thể được hưởng lợi. Phát triển các biểu diễn kỹ thuật số chính xác của giếng địa nhiệt có thể tăng cường giám sát, nỗ lực vận hành và tối ưu hóa, tối ưu hóa hơn nữa hiệu suất khoan và giảm thời gian ngừng hoạt động, từ đó giảm chi phí.

- Học máy và phân tích dự đoán: Ngành dầu khí đã có những tiến bộ đáng kể trong việc sử dụng học máy ML và phân tích dự đoán để quản lý hồ bể chứa, tối ưu hóa hoạt động khoan và quản lý nhà máy điện. Việc áp dụng những điều này công nghệ cho các hồ chứa địa nhiệt có thể nâng cao độ chính xác dự báo, tối ưu hóa các thông số khoan và cải thiện tổng thể hiệu suất dự án.

- Công nghệ khoan tiên tiến: Khoan địa nhiệt thường gặp thách thức trong môi trường nhiệt độ cao, đòi hỏi công nghệ khoan chuyên dụng. Việc thích ứng và phát triển các công nghệ khoan tiên tiến, chẳng hạn như mũi khoan nhiệt độ cao và cảm biến, là điều cần thiết để cải thiện hiệu quả khoan và giảm chi phí.

- Hệ thống quản lý kiến ​​thức: Các hệ thống này tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển giao kiến ​​thức và bài học kinh nghiệm từ quá trình khoan trước đó hoạt động, giúp các nhóm đưa ra quyết định sáng suốt và tránh lặp lại sai lầm. Việc tích hợp các công nghệ tiên tiến trong xây dựng giếng địa nhiệt mang lại nhiều lợi ích. Mặt khác, việc phân tích dữ liệu thời gian thực và tối ưu hóa sẽ giúp nâng cao hiệu quả, tạo điều kiện khoan nhanh hơn và giảm thời gian ngừng hoạt động. Việc phát hiện sớm các vấn đề sẽ ngăn chặn tai nạn và giảm thiểu rủi ro. Điều quan trọng hơn la việc khoan hiệu quả, giảm thời gian ngừng hoạt động và cải thiện việc lập kế hoạch sẽ đem lại hiệu quả tiết kiệm chi phí đáng kể. Hệ thống quản lý kiến ​​thức đóng một vai trò quan trọng trong việc chia sẻ và nhân rộng các bài học và kinh nghiệm thực tiễn tốt nhất các nhóm và dự án đa dạng trên toàn thế giới, thúc đẩy chia sẻ kiến ​​thức và thực hành tốt nhất. Sự tích hợp của công nghệ bản sao số và phần mềm lập kế hoạch tiên tiến có tiềm năng tối ưu hóa các thiết kế tốt nhất.

Ngoài ra, những công nghệ này còn đem đến cơ hội giảm thiểu tác động môi trường và giảm dấu chân tổng thể của các cơ sở địa nhiệt thông qua các hoạt động khoan được tối ưu hóa. Tóm lại, việc áp dụng các công nghệ này có khả năng giúp việc khoan đạt hiệu quả hơn, an toàn hơn và tiết kiệm chi phí hơn trong khi vẫn tận dụng tối đa lợi thế của tiềm năng to lớn về tài nguyên địa nhiệt.

Kỳ I: Năng lượng địa nhiệt - Tiềm năng to lớn

[Chùm ảnh] Người thợ khoan PV Drilling trên giàn khoan địa nhiệt ở Akita Nhật Bản