Méthodes pour atténuer les défaillances de puits en haute

Le projet GeConnect financé par l'UE Horizon 2020 vise à accroître la fiabilité de la construction en fond de trou de puits géothermiques dans des environnements à haute température.

Le coût de l'implantation et du forage de puits géothermiques pour la cogénération d'électricité et le système de chauffage urbain représente souvent environ 40 à 50 % du coût d'investissement total de la production d'énergie. Le coût élevé du forage de puits exige une capacité de production et une longévité élevées pour générer une analyse de rentabilisation solide pour la centrale géothermique.

Des études ont montré que le mécanisme de défaillance le plus courant pour les puits géothermiques à haute température est la surcharge mécanique de la colonne de tubage dans le puits en raison d'une dilatation thermique contrainte qui peut entraîner un effondrement ou une rupture de traction du tubage. De plus, pour les puits géothermiques à enthalpie moyenne, il est connu que les cycles de température et de pression supérieurs à 100 degrés Celsius pendant le forage et les phases de complétion, d'exploitation et d'arrêt ont le potentiel de détériorer gravement l'intégrité de l'anneau cimenté.

Le concept des nouveaux accouplements flexibles est de compenser une telle dilatation thermique axiale des chaînes de tubage géothermique pendant la production et la fermeture. Le concept a été conçu et des prototypes ont été produits dans le cadre des projets de recherche financés par l'UE Horizon 2020 GeoWell et DEEPEGS et deux brevets ont déjà été obtenus. Les prototypes ont été testés pour la fonctionnalité, au total 8 prototypes en taille réelle de 9 ? et 13? diamètre du tubage dans deux laboratoires tiers. La fonction de glissement et la répétabilité du glissement ont été testées. La résistance structurelle a été testée en déterminant la résistance à la traction ultime.

Dans le cadre du projet GEOTHERMICA GeConnect en cours, l'objectif est de rapprocher ce concept d'un scénario de fonctionnement réaliste. Un prototype grandeur nature (figure, voir ci-dessous) de l'accouplement flexible sera testé dans des conditions réelles de travail ainsi qu'un arrêt contrôlé et une trempe pouvant être effectuée en urgence en fonctionnement. Avec le nouveau couplage flexible, l'intégrité de la gaine de ciment et la limite ciment-métal seront évaluées en simulant des charges de cyclage thermique à des températures modérées (<100 °C) à élevées (~300 °C). Pour cela, un raccord flexible de 9 5/8″ sera fixé à un tubage de 12 m et cimenté dans un tubage extérieur de 13 3/8″. La vapeur géothermique provenant d'un puits opérationnel à haute température sera évacuée à travers le tubage de 9 5/8″ pour se rapprocher des conditions de fond de trou. La procédure de test suivante est prévue :

L'installation sera équipée de dispositifs de détection électriques et à fibre optique de pointe pour surveiller et valider le principe de fonctionnement ainsi que l'intégrité de l'anneau cimenté. Les implications et les risques possibles associés à l'utilisation des nouveaux raccords flexibles seront évalués par la modélisation structurelle de l'essai de surface, la modélisation structurelle d'un puits géothermique équipé de raccords flexibles et en effectuant une analyse quantitative d'évaluation des risques.

L'analyse structurelle sera utilisée pour évaluer la performance des connexions flexibles et pour démontrer les avantages pour l'intégrité du puits de réduire les contraintes et les déformations axiales thermiques dans les tubages en introduisant le nouveau couplage flexible.

Les partenaires d'ÍSOR, TNO, GFZ, Landsvirkjun, HS Orka et ON Power attendent avec impatience les essais sur le terrain prévus en Islande en octobre 2020.

Source : Envoyé par e-mail, site Web du projet GeConnect