Il est courant que les puits de production géothermique souffrent d’entartrage lors de leur exploitation, ce qui peut considérablement réduire ou interrompre la production. Le tartre est généralement constitué de calcite, mais dans les réservoirs où les fluides contiennent une quantité importante de silice, il peut également contenir de la silice, ce qui rend le tartre plus dur et plus difficile à éliminer. Dans les puits de production à haute enthalpie, le flashage et l'entartrage peuvent se produire à la fois dans le puits et dans la formation rocheuse elle-même, bien que l'entartrage de la formation soit particulièrement difficile car on ne peut y accéder qu'avec des produits chimiques et non avec des méthodes mécaniques. La Figure 1 montre la structure d’un puits géothermique caractéristique, y compris l'emplacement de la formation de tartre.
Figure 1. Puits de production géothermique, montrant la zone de production et la formation de tartre. [1]
Les méthodes chimiques traditionnelles utilisées pour restaurer de tels puits reposent sur l’acide chlorhydrique (HCl) et, bien que cela ait un impact sur le calcite, la silice ainsi que certains dépôts à base de silice ne sont pas solubles dans le HCI. Certaines entreprises ont essayé d’utiliser de l’acide boueux appliqué à travers un dispositif de tubes enroulés. Cependant, la résistance et l’agressivité des acides impliquent des risques importants, tels que la corrosion, mais aussi les risques humains et environnementaux, et les résultats sont très variés. Compte tenu de ces problèmes, cette approche a été presque complètement abandonnée.
L’innovation chez Contact Energy
Contact Energy, le plus ancien générateur géothermique au monde, a fait l'expérience de la formation de tartre sur un certain nombre de ses sites en Nouvelle-Zélande. En effet, un puits de 8 mégawatts (MW), situé sur le site Wairakei de 200 mégawatts à Taupō, présentait une accumulation de tartre qui réduisait le flux de vapeur à un point tel que le puits ne pouvait plus contribuer à la production d’électricité de l’usine. Abandonner le puits et en forer un nouveau coûterait jusqu’à 10 millions de $, ce qui n’était pas une option satisfaisante. Le nettoyage du puits avec des produits chimiques agressifs, tels que l’acide fluorhydrique, a également été peu intéressant en raison de son coût, de sa nature agressive et des risques pour les opérateurs.
Connaissant les problèmes posés par les méthodes chimiques traditionnelles et animés par un engagement d'amélioration continue, les ingénieurs de Contact Energy se sont associés aux experts de Solenis pour développer une approche totalement nouvelle pour nettoyer le tartre et ramener les puits de production à leur pleine capacité. Solenis a recommandé une nouvelle méthode de nettoyage de la formation rocheuse qui combine des concepts avancés de l’ingénierie des réservoirs, de la géologie et de la dynamique de pompage. La solution recourait à de faibles concentrations de produits chimiques, une pression élevée, des débits élevés et un flux méticuleusement contrôlé pour permettre aux produits chimiques de nettoyage de pénétrer dans les fissures de la formation rocheuse et de dissoudre l’accumulation de tartre (cf. Figure 2).
Figure 2. Préparation du puits de production pour l’introduction de liquide de nettoyage dans le puits.
Outre les techniques d’application innovantes, la gamme de produits chimiques comprenait une combinaison unique de séquestrants, de polymères, d’acides et de solutions alcalines. Les inhibiteurs traditionnels de l’industrie pétrolière et gazière sont coûteux et utilisent souvent des exhausteurs, tels que l’antimoine, qui sont toxiques et/ou cancérigènes. La formule chimique développée par l’équipe Solenis a obtenu des performances exceptionnelles dans les conditions géothermiques et présenté un profil de sécurité nettement amélioré beaucoup plus rentable.
Des résultats primés
Lors d'essais menés sur d'autres puits de production, comme celui du Mexique, l'approche novatrice de Solenis s'est avérée efficace pour restaurer les puits de production éteints à 100% de leur capacité historique maximale. Il y avait également des signaux indiquant que la méthode pouvait être une technique de stimulation, en dissolvant les minéraux de formation plutôt que de se limiter au tartre. Mais la géologie de Wairakei était beaucoup plus complexe, avec des zones d’alimentation complexes qui rendaient difficile le ciblage efficace de la chimie. Solenis s’est appuyé sur les analyses transitoires de pression de Contact Energy pour s’assurer que les produits chimiques appropriés pénétraient loin dans la formation et atteignaient les bonnes zones.
Même avec une telle complexité, la solution Solenis a produit des résultats exceptionnels, avec le puits restauré à 130 % de sa capacité récupérable attendue (voir Figure 3), ce qui s’est traduit par une production d’énergie accrue d’environ 50 000 mégawatt-heures au cours de l’année suivant le nettoyage, à un taux moyen de 7 MW. Cette source d’énergie géothermique étant très pauvre en carbone, elle a un effet positif sur les émissions de carbone. Les émissions estimées de cette production géothermique de 7 MW au cours de cette année sont de 1 080 tonnes d'équivalent CO2 (tCO2e, qui inclut le méthane), ce qui est nettement inférieur aux autres combustibles fossiles. La production de 7 MW à partir du charbon produirait environ 58 600 tCO2e, ou 23 900 tCO2e à partir de gaz à cycle combiné.
Figure 3. Après le nettoyage, la production a bien augmenté, passant de 2 t/h de vapeur à un pic de 39 t/h de vapeur.
Sur la base de ces résultats, le projet Contact Energy de Wairakei a remporté un prix Solenis Sustainability Award 2021 pour la réduction de son empreinte carbone. Le programme Solenis Sustainability Awards passe en revue les projets clients réalisés au cours des 12 mois précédents et choisit ceux qui offrent une valeur élevée et un impact élevé. Les prix récompensent les projets dans cinq catégories de durabilité, notamment la réduction de la consommation d'eau, la réduction de la consommation d'énergie, l'amélioration de l'empreinte carbone, la réduction des déchets et l'utilisation optimisée des matières premières.
Un changement pour le meilleur
Le succès à Wairakei, avec sa dynamique de puits particulièrement complexe, démontre le pouvoir de la collaboration à stimuler l’innovation technique. En travaillant ensemble, Solenis et Contact Energy ont développé une solution offrant un certain nombre d’avantages évidents : l’utilisation de produits chimiques plus respectueux de l’environnement et plus sûrs, une meilleure compréhension des réponses du flux de puits, des techniques d’application de zone d’alimentation hautement ciblées et une méthode de nettoyage de puits beaucoup moins coûteuse que les technologies alternatives ou le forage de nouveaux puits.
Par rapport aux méthodes traditionnelles, cette nouvelle technologie a apporté un changement radical dans la façon dont l’industrie peut gérer le recul de sa production. Nous encourageons tout producteur géothermique à joindre Contact Energy ou Solenis afin de déterminer si cette approche peut être applicable pour permettre l’augmentation de capacité de production dans leurs opérations.
Références
[1] Zarrouk, S.J., and McLean, K. “Geothermal Well Test Analysis: Fundamentals, Applications and Advanced Techniques.” Elsevier, First Edition, (2019).