Hydraulic well stimulation in low-temperature geothermal areas for direct use

Abstract

Direct use of hot water through renewable energy resources is globally in demand.Thermal energy stored in fractures and pores within geothermal reservoirs contains natural fluids.At times, extracting natural fluids, or hot water in low-temperature areas, can be a challenge.Hydraulic stimulation is one technique to overcome this challenge.Research about hydraulic stimulation methods was done based on theory, fluid treatment, and well testing; in order to see unique trends for low-temperature geothermal applications.Furthermore, a literature review of all hydraulic stimulation applications was conducted to understand reasons for success or failure.In order to predict the effects of hydraulic stimulation before an actual operation, a case study was performed on well HF-1 in Hoffell, Iceland.First, a preliminary production flow model was performed using updated data at the completion of testing in 2014.After evaluating the need for stimulation, a fracture model using MFrac was done in two scenarios with an open-hole packer; injection below the packer and injection above the packer.The packer was placed in a conservative interval of 1070-1110 m depth to isolate the main fracture at 1093 m depth.Injection below the packer failed, therefore results from injection above the packer were only suitable moving forward.Subsequently, MProd software was used to find an improvement ratio after simulating stimulation above the packer.The improvement ratio of 1.096 was then applied to the original production data of well HF-1 and a LPM was performed yet again.Reservoir properties of S, T, II, and PI were calculated and compared to original production data.Results indicated the lumpfit model to be very optimistic and improvement of only 4 l/s flow over a 10 year well lifetime was observed.Therefore, the well is not a good candidate for stimulation. However, improvement was seen which proves the potential for this methodology to be implemented in other low-temperature geothermal areas.

Þörf er á aukinni beinni nýtingu heits vatns frá endurnýjanlegum orkugjöfum. Varmaorka finnst í vökva sem finna má í sprungum og holum í jarðhitakerfum og getur verið mikil áskorun að nýta þennan vökva úr lághita jarðhitakerfum. Örvun borholna með vökva og ádælingu (e. hydraulic stimulation) er ein leið til að auðvelda þessa nýtingu. Rannsóknir um örvunaraðferðir, vökvameðferð og borholuprófanir voru teknar saman til þess að fá yfirlit yfir örvunaraðgerðir fyrir lághitaborholur. Ennfremur var tekið saman efni úr heimildum fyrir þær örvunaraðgerðir með vökva sem gerðar hafa verið til að fá yfirlit yfir reynslu af þeim. Til þess að spá fyrir um áhrif örvunaraðgerða með vökva eftir borun var rannsókn gerð á holu HF-1 á svæði Hoffells á Íslandi. Fyrst var einfalt rennslislíkan framkvæmt út frá mæligögnum frá 2014. Eftir að þörfin á örvun var metin, var sprunguhermunarlíkanið MFrac notað fyrir tvö tilvik með pakkara (e.packer) fyrir opna holu, annars vegar þar sem svæðið ofan við pakkarann var örvað og hins vegar svæðið neðan við pakkarann. Pakkarinn var staðsettur á 1070-1100 m dýpi til að einangra aðalæðina sem er á 1093 m dýpi. Ádæling neðan við pakkarann gaf ekki góða raun og því voru niðurstöður fyrir ádælingu ofan við pakkarann eingöngu nýttar í framhaldinu. MProd forritið var notað til að reikna út breytingu á rennsli eftir örvun fyrir ofan pakkarann. Hlutfall rennslis fyrir og eftir örvun var 1,096 fyrir holuna HF-1 og var forðafræðilíkan (LPM) notað til að spá fyrir um framleiðslugetu örvaðrar holu. Forðafræðieiginleikar S, T, II og PI voru reiknaðir og bornir saman við upphaflegu gildin. Niðurstöður úr líkaninu sýna framleiðsluaukningu um einungis 4 l/s yfir 10 ára líftíma holunnar. Því er ályktað að holan henti ekki vel til örvunar. Sú aðferðafræði sem þróuð var við gerð þessa verkefnis er nýtt framlag til rannsókna á lághitasvæðum.