is Íslenska en English

Lokaverkefni (Meistara)

Háskólinn í Reykjavík > Tæknisvið / School of Technology > MEd/MPM/MSc Verkfræðideild (áður Tækni- og verkfræðideild) og íþróttafræðideild -2019 / Department of Engineering (was Dep. of Science and Engineering) >

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/42062

Titill: 
  • Titill er á ensku Planning of a deep geothermal well to reach supercritical steam
Námsstig: 
  • Meistara
Útdráttur: 
  • Útdráttur er á ensku

    Development of geothermal energy has been constantly advancing over the past few decades contributing to renewable solutions to counteract global changes caused by fossil fuels and power intensive industry. The drilling operation may be one of the most challenging parts in harnessing geothermal energy. Drilling has been done widely across the world and a lot of drilling issues have been faced. Deep geothermal drilling, with the well´s depth more than 2.5 - 3 km, is extremely difficult, e.g. due to chemical composition of deep fluids, high temperature and pressure conditions.
    The main objective of this MSc project is to design and calculate main parameters of a deep well, which may be theoretically drilled in the Hengill geothermal area. The planned well is vertical with total depth of 5000 m. In the design of well, emphasis is on casing design, material selection and cementing solutions. New Zealand´s code of practice for deep geothermal wells (NZS 2403:2015) is the main source to achieve objectives of this project. In some cases, the code needs to be extended a due to its design limits. Therefore, special design solutions are implemented in some sections of this project. Pressure and temperature conditions at depth, exceeding the critical point (CP) for water, are based on three scenarios where the maximum possible temperature and pressure of the well 525°C and 240 bar. Another uncommon issue is the wellhead design, where a special class of wellhead is needed out of the scope of the pressure classes included in NZS 2403:2015.
    Analysis of data that was obtained during preparation of this project has shown that downhole conditions are challenging reaching beyond the CP at superheated or supercritical conditions. Possible drilling issues have been predicted to be avoided properly. Necessary sizes, materials and length have been chosen for casing and drill strings. Bentonite mud and water with polymers will serve as good coolant and cleaning agents. API G-type cement will create essential bond of casing and walls. Therefore, the deep well, potentially located in the Hengill volcanic complex or in the area with identical conditions, can be successfully drilled building on the presented drilling program using proper drilling equipment and relying on efficient well testing procedures, measuring and logging tools.
    For further studies, the possibility of drilling deep geothermal wells into supercritical conditions should be studied further where some sections of this thesis can be a good basis for a proper research study. To summarize, deep geothermal wells have a potential to improve the productivity of drilling operations and a chance of replacing several conventional depth wells by drilling one deep well. However, for that to be viable, several challenges need solutions, e.g. casing, wellhead, drilling fluid, cementing programs should be designed properly.

  • Þróun í jarðhita hefur stöðugt fleygt áfram undanfarna áratugi sem endurnýjanleg lausn gegn hnattrænni hlýnun af völdum notkunar jarðefnaeldsneytis og stóriðju. Jarðhitaborun er einn af erfiðustu þáttunum í virkjun jarðvarma. Borað hefur verið víða
    um heim og mörg borvandamál orðið til. Djúpborun eftir jarðhita á meira en 2,5 - 3 km dýpi, er afar erfið, t.d. vegna efnasamsetningar djúps jarðhitavökva, hárra hitastigs- og þrýstingsaðstæðna.
    Meginmarkmið þessa MSc verkefnis er að hanna og reikna út helstu forsendur fyrir djúpboraðri holu sem fræðilega mætti bora á Hengilssvæðinu. Hola er lóðrétt með heildardýpi upp á 5000 m. Við hönnun borholna er áhersla lögð á fóðringahönnun, efnisval og teypingarlausnir. Nýjsjálenskur staðall um djúpar jarðhitaholur (NZS 2403:2015)
    er meginuppspretta þess að ná markmiðum þessa verkefnis. Í sumum tilfellum þarf að framlengja staðalinn vegna hönnunarmarka hans. Þess vegna eru sérstakar lausnir innleiddar í sumum hlutum þessa verkefnis. Þrýstingur og hitastig á dýpi, sem fer yfir krítískan punkt vatns, eru byggðar á þremur sviðsmyndum þar sem hámarks mögulegur hiti og þrýstingur holunnar 525°C og 240 bör. Annað óalgengt mál er hönnun holutoppa, þar sem þörf er á sérstökum flokki utan gildissviðs þrýstiflokkanna sem uppgefnir eru í NZS 2403:2015.
    Greining á gögnum sem fengust í vinnslu verkefnisins hefur sýnt að aðstæður niðri í holu eru krefjandi við yfirhitaðar- eða yfirkrítískar aðstæður. Möguleg borvandamál sem tilgreind eru er hægt að forðast ef rétt er brugðist við. Nauðsynleg þvermál, efni og lengdir hafa verið valin fyrir fóðringar og borstrengi. Bentonít leðja og vatn með
    fjölliðum mun þjóna sem góður kælivökvi og hreinsiefni. API G-gerð sement mun skapa nauðsynlega bindingu milli fóðringa og veggja holunnar. Hægt er að bora djúpa holu, sem hugsanlega er staðsett í Hengils eldfjallasamstæðunni eða á sambærilegu svæði, með góðum árangri með því að byggja á boráætluninni sem hér er kynnt með því að nota réttan borbúnað og treysta á skilvirkar holuprófunaraðferðir, mælingar og
    borholumælingar.
    Til frekari rannsókna ætti að kanna frekar möguleika á að bora djúpar jarðhitaholur í yfirkrítískar aðstæður þar sem sumir kaflar þessarar ritgerðar gætu verið góður grunnur fyrir almennilega rannsókn. Til samantektar þá hafa djúpar jarðhitaholur möguleika á að bæta nýtni jarðhitavinnslu með þeim möguleika að bora eina djúpa holu í stað þess
    að borar nokkrar hefðbundnar holur. Hins vegar, til þess að það sé raunhæft, þarf að leysa nokkrar áskoranir. Þar má helst nefna varmaþenslu fóðringa, framleiðslu á borholutoppum sem falla undir hönnunarkröfur auk háhita steypublöndu og steypingaaðferða
    fyrir langar fóðringar.

Samþykkt: 
  • 15.6.2022
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/42062


Skrár
Skráarnafn Stærð AðgangurLýsingSkráartegund 
thesis_iaroslav_pyshakov_final.pdf7.65 MBOpinnHeildartextiPDFSkoða/Opna