Komplementarna eksploatacja ciepła geotermalnego i gazu ziemnego ze złóż w schyłkowej fazie produkcji

• Autorzy: Falkowicz Sławomir , Urbaniec Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2024.08.01

Warianty tytułu

EN

Complementary exploitation of geothermal resources and natural gas in fields in declining phase of production

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wzrastające w ostatnich latach zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii sprawia, że pozyskanie ciepła geotermalnego jest obecnie jednym z bardziej istotnych celów, uwzględnionych w politykach surowcowych wielu krajów Europy. Energia geotermalna uznawana jest za najbardziej stabilną pod względem parametrów energetycznych w długim okresie, a jednocześnie za najbardziej bezpieczną dla środowiska. Eksploatacja ciepła geotermalnego w reżimie dubletu wymaga znacznych nakładów inwestycyjnych na wykonanie i uzbrojenie odwiertów. Wykorzystanie do tego celu złóż gazu ziemnego będących w schyłkowej fazie eksploatacji stanowi optymalne rozwiązanie, pozwalające uniknąć znacznych nakładów ponoszonych na wykonanie prac przygotowawczych oraz odwiercenie i uzbrojenie nowych odwiertów, ale również z uwagi na często duży potencjał geotermalny poziomów skał zbiornikowych nasyconych solankami, które podścielają złoża gazu ziemnego. Generalnie zakłada się wykorzystanie zastanej sytuacji złożowej i infrastrukturalnej, jak też opracowanie najbardziej optymalnego w tej sytuacji sposobu eksploatacji ciepła, przy założeniu jednoczesnego wzrostu współczynnika sczerpania złoża gazu. W ramach tej pracy obliczono potencjał energetyczny (tj. moc geotermalną i produkcję gazu) dla pięciu wybranych horyzontów złożowych w przykładowych odwiertach gazowych. Następnie wykonano szacunkowe obliczenia przychodów możliwych do uzyskania w analizowanych przykładach odwiertów, zakładając prowadzenie jednoczesnej produkcji gazu i energii geotermalnej. Wyniki analizy danych geologicznych i złożowych wskazują, że właściwie w każdym przypadku konieczne jest wykonanie dodatkowej perforacji wytypowanych interwałów nasyconych wodami złożowymi oraz cechujących się najbardziej korzystnymi parametrami eksploatacyjnymi. Ponadto przedstawiono kryteria preselekcji odwiertów do eksploatacji gazu i energii geotermalnej na podstawie analizy mechanizmu dopływu wody do odwiertu. W pierwszej kolejności powinny być rozpatrywane odwierty, w których mechanizm dopływu wody określono jako stożek 3D. Wstępna kalkulacja parametrów eksploatacyjnych dla wybranych odwiertów wskazuje na ich potencjał komercyjny, zwłaszcza w przypadku wykorzystania do dystrybucji ciepła magazynów mobilnych.

EN

With the growing interest in renewable energy sources in recent years, obtaining geothermal heat is now one of the more important targets included in the resource strategies of many European countries. Geothermal energy is regarded as the most stable in terms of energy parameters in the long term, as well as the safest for the environment. The exploitation of geothermal heat in the doublet regime requires significant investment in the drilling and completion of wells. The use of natural gas fields in the declining phase of production for this purpose is the optimal approach, avoiding the significant expenditures incurred in the execution of preliminary work and the drilling and completion of new wells, but also due to the high geothermal potential of the horizons of reservoir rocks saturated with brine that underlie natural gas fields. In general, it is assumed to use the existing reservoir and infrastructure situation, as well as to develop the most optimal method of heat exploitation for this situation, assuming a simultaneous increase in the gas field’s recovery factor. In this work, the energetic potential (i.e., geothermal power and gas production) was calculated for five selected reservoir horizons in exemplary gas wells. Then estimates were made of the revenues possible in the analyzed exemplary wells, assuming simultaneous production of gas and geothermal energy. The results of the analysis of geological and reservoir records indicate that, in almost every case, it is necessary to perform additional perforation of selected intervals saturated with reservoir water and characterized by the most beneficial production parameters. Furthermore, criteria for preselection of wells for gas and geothermal energy production based on analysis of the formation water breakthrough mechanism are presented. Wells where the water breakthrough mechanism is specified as a 3D cone should be considered first. Preliminary calculation of operating parameters for selected wells indicates their commercial potential, especially in the case of using mobile storage for heat distribution.

Słowa kluczowe

PL

złoże gazu ziemnego; energia geotermalna; współczynnik sczerpania złoża; mechanizm dopływu wody złożowej

EN

gas field; geothermal energy; recovery factor; formation water breakthrough mechanism

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 80, nr 8
• Strony: 471--479
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys.

Twórcy

autor

Falkowicz Sławomir

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Urbaniec Andrzej

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bailey B., Crabtree M., Tyrie J., Elphick J., Kuchuk F., Romano C., Roodhart L., 2000. Water Control. Oilfield Review, 12(1): 30–51. Barbacki A.P., 2000. The Use of Abandoned Oil and Gas Wells in Poland for Recovering Geothermal Heat. Proceedings World Geothermal Congress, Kyushu–Tohoku, Japan, 28.05–10.06.2000.
• Bennett K., Li K., Horne R., 2012. Power Generation Potential from Coproduced Fluids in the Los Angeles Basin. Proceedings, 37th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford, California, January 30 – February 1, 2012;SGP-TR-194.
• Bu X., Ma W., Li H., 2012. Geothermal energy production utilizing abandoned oil and gas wells. Renewable Energy, 41: 80–85. DOI:10.1016/j.renene.2011.10.009.
• Bujakowski W., 2015. Geologiczne, środowiskowe i techniczne uwarunkowania projektowania i funkcjonowania zakładów geotermalnych w Polsce. Studia, Rozprawy, Monografie; Wyd. Inst. Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków, 193: 1–173.
• Chan K.S., 1995. Water Control Diagnostic Plots. Proceedings of the SPE Annual technical Conference and Exhibition, Dallas, TX,USA, 22–25 October 1995.
• Chan K.S., Bond A.J., Keese R.F., Lai Q.J., 1996. Diagnostic Plots Evaluate Gas Shut-Off Gel treatments at Prudhoe Bay, Alaska. Proceedings of the Technical Conference and Exhibition, Denver,CO, USA, 6–9 October 1996.
• Cheng W.L., Li T.T., Nian Y.L., Wang C.L., 2013. Studies on geothermal power generation using abandoned oil wells. Energy, 59(C):248–254. DOI: 10.1016/j.energy.2013.07.008.
• Davis A.P., Michaelides E.E., 2009. Geothermal power production from abandoned oil wells. Energy, 34(7): 866–872. DOI:10.1016/j.energy.2009.03.017.
• Duggal R., Rayudu R., Hinkley J., Burnell J., Wieland C., Keim M., 2022. A comprehensive review of energy extraction from low-temperature geothermal resources in hydrocarbon fields. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 154: 111865. DOI: 10.1016/j.rser.2021.111865.
• Falkowicz S., Urbaniec A., Stadtmuller M., Majkrzak M.A., 2021. New Strategy for Pre-Selecting Gas Wells for the Water Shut-Off Treatment Based on Geological Integrated Data. Energies,14(21): 7316. DOI: 10.3390/en14217316.
• Hajto M., 2021. Stan wykorzystania energii geotermalnej w Europie i na świecie w 2020 r. Przegląd Geologiczny, 69(9): 566–577.
• Hettema M., van Yperen G., Marloes K., 2018. A Predictive Model for the Seismicity Rate of the Groningen Gas Reservoir. Paper presented at the 52nd U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, Seattle, Washington, June 2018.
• Igliński B., Buczkowski R., Cichosz M., Piechota G., 2010. Technologie geoenergetyczne. Monografia. Wyd. Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń: 1–170.
• Johnson L., Walker E., 2010. Ormat: Low-Temperature Geothermal Power Generation. The United States Department of Energy, Wyoming, USA.
• Komisja Europejska, Dyrekcja Generalna ds. Komunikacji Społecznej, 2021. Europejski Zielony Ład: realizacja naszych celów. Urząd Publikacji Unii Europejskiej. DOI: 10.2775/14171.
• KPEiK. Krajowy plan na rzecz energii i klimatu na lata 2021–2030. <https://www.gov.pl/web/klimat/krajowy-plan-na-rzecz-energii-i-klimatu> (dostęp: 10.04.2024).
• Kudrewicz R., Papiernik B., Hajto M., Machowski G., 2022. Subsalt Rotliegend Sediments – A New Challenge for Geothermal Systems in Poland. Energies, 15: 1166. DOI: 10.3390/en15031166.
• Limpasurat A., Falcone G., Teodoriu C., Barrufet M.A.A., 2010. Unconventional Heavy Oil Exploitation for Waste Energy Recovery. Paper presented at the SPE Latin American and Caribbean Petroleum Engineering Conference, Lima, Peru, December 2010. DOI: 10.2118/139054-MS.
• McKenna J., Blackwell D., Moyes C., Patterson P.D., 2005. Geothermal Electric Power Supply Possible from Gulf Coast, Midcontinent Oil Field Waters. Oil and Gas Journal, 103(33): 34–40.
• Mehmood A., Yao J., Fun D.Y., 2017. Future Electricity Production from Geothermal Resources Using Oil and Gas Wells. Open Journal of Yangtze Gas and Oil, 2: 191–200. DOI: 10.4236/ojogas.2017.24015.
• Mehmood A., Yao J., Fan D., Bongole K., Liu J., Zhang X., 2019. Potential for heat production by retrofitting abandoned gas wells into geothermal wells. PLOS ONE, 14(8): e0220128. DOI:10.1371/journal.pone.0220128.
• Moeck I.S., 2014. Catalog of geothermal play types based on geologic controls. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 37:867–882. DOI: 10.1016/j.rser.2014.05.032.PEP2040. Polityka energetyczna Polski do 2040 r. <https://www.gov.pl/web/klimat/polityka-energetyczna-polski> (dostęp: 10.04.2024).
• Riney T.D., 1991. Pleasant Bayou Geopressurised Geothermal Reservoir Analysis – January 1991. Technical Report, United States. DOI: 10.2172/893428.
• Rynek ciepła, 2023. Mobilne magazyny ciepła w hermetycznej zlewni ścieków w PWIK w Ząbkach. <https://rynek-ciepla.cire.pl/artykuly/serwis-informacyjny-cire-24/mobilne-magazyny-ciepla-w-hermetycznej-zlewni-sciekow-w-pwik-w-zabkach> (dostęp: 10.04.2024).
• Sanyal S., Bulter S., 2010. Geothermal Power Capacity for Petroleum Wells – Some Case Histories of Assessment. Proceedings, World Geothermal Congress, Bali, Indonesia, 25–29 April 2010.
• Soldo E., Alimonti C., Scrocca D., 2020. Geothermal Repurposing of Depleted Oil and Gas Wells in Italy. Proceedings, 58(1): 9. DOI: 10.3390/WEF-06907.
• Sowiżdżał A., 2018. Geothermal energy resources in Poland – Overview of the current state of knowledge. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82(3): 4020–4027. DOI: 10.1016/j.rser.2017.10.070.
• Szamałek K., Sapińska-Śliwa A., 2006. Finansowanie projektów geotermalnych w Polsce i w Unii Europejskiej. [W:] Górecki R. (red.). Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Niżu Polskim: 139–150.
• T&A Survey. <www.ta-survey.nl/page/247/EN/geothermal/geothermal-energy> (dostęp: 10.04.2024).
• Templeton J.D., Ghoreishi-Madiseh S.A., Hassani F., Al-Khawaja M.J. 2014. Abandoned petroleum wells as sustainable sources of geothermal energy. Energy, 70(1): 366–373. DOI: 10.1016/j.energy.2014.04.006.
• Thiessen R.J., Achari G. 2016. Abandoned oil and gas well site environmental risk estimation. Toxicological & Environmental Chemistry, 7–8: 1170–1192. DOI: 10.1080/02772248.2016.1260132.
• Tomaszewska B., Sowiżdżał A., Chmielowska A., 2018. Rozważania nad koncepcją adaptacji otworów ponaftowych do celów geotermalnych – przykłady rozwiązań światowych. Technika Poszukiwań Geologicznych, Geotermia, Zrównoważony Rozwój, 1: 119–129.
• Tran N., Fross J., Mykleby K., Roff J., Teodoriu C., 2020. The Economics of Low Enthalpy Geothermal Resources: A Case Study for Small Heat Harnessing Concept in Oklahoma. Proceedings, 45th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford, California, 10–12.02.2020, SGP-TR-216.
• Uliasz-Misiak B., Dubiel S., 2015. Problemy rekonstrukcji odwiertów geotermalnych. Przegląd Górniczy, 7: 55–61.
• Xin S., Liang H., Hu B., Li K., 2012. Electrical power generation from low temperature co-produced geothermal resources at Huabei Oilfield. Proceedings, 37th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford, USA, January 30– February 1, 2012; SGP-TR-194.
• Zhang L., Yuan J., Liang H., Li K., 2008. Energy from Abandoned Oil and Gas Reservoirs. Proceedings, Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition, Perth, Australia.
• Zhu Y., Li K., Liu Ch., Mgijimi M.B., 2019. Geothermal Power Production from Abandoned Oil Reservoirs Using In Situ Combustion Technology. Energies, 12: 4476. DOI: 10.3390/en12234476.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).